Пн.-Пт. с 9.30 до 18.00
Москва, ул. Севанская, д. 5, корп. 1
(495) 223-23-85
Заказать звонок
Оставтьте свой номер телефона
и мы перезвоним
ФИО
Телефон
Нажимая "Отправить" Вы соглашаетесь с
политикой конфиденциальности персональных данных

Заказ обратного звонка

Ваш заявка принята. Ожидайте звонка.


Технология ремонта и усиления сгустителей калийной промышленности

 

Р.Х.Сабиров,В.Л.Чернявский,Л.И.Юдина

ОАО «Сильвинит», ООО «Интераква»

 

Статья посвящена вопросам состояния строительных конструкций инженерных сооружений на предприятиях калийной промышленности. Предложены основные принципы, которыми надо руководствоваться при выборе ремонтных материалов и технологий при проведении капитальных работ. Рассмотрены проблемы усиления железо-бетонных конструкций, рабо­тающих в агрессивной среде и определен принципиально новый подход к решению задач восстановления несущей способности и усиления путем введения внешнего армирования композитными материалами. Продемонстрирован комплексный подход к ремонту конструк­ций на примере работ по восстановлению несущей способности железобетонной чаши сгус­тителя на третьем рудоуправлении ОАО «Сильвинит» в г. Соликамске.

В настоящее время сложилась серьезная ситуация с состоянием строительных конструкций инженерных сооружений на предприятиях калийной промышленности. Проведенные обследования показали наличие характерных повреждений конструкций. На железобетонных конструкциях повсеместно имеются трещины, сколы, отстрелы защитного слоя бетона, обнажение и значительная коррозия арматуры. Все это приводит к потере несущей способности конструкций и создает аварийные ситуации на предприятиях. Для сохранения и поддержания необходимых эксплуатационных свойств конструкций необходимо привлечение значительных материальных средств и трудовых ресурсов на проведение капитальных ремонтов. В условиях действующих производств и сильно агрессивной среды выбор технологии ремонта для восстановления утерянных эксплуатационных свойства конструкций и обеспечения гарантии дальнейшей безопасной эксплуатации является сложной технической и научной задачей.

Основные проблемы ремонта находятся в сфе­ре борьбы с коррозией бетона и арматуры. Восста­новление геометрии железобетонной конструкции (ремонт сколов, восстановление защитного слоя) не решают проблемы предотвращения и остановки процессов коррозии арматуры. Именно коррозия арматуры вследствие проникновения внутрь бето­на различных по фазовому солевому составу сред и ионов хлора приводит к образованию на поверх­ности арматурных стержней продуктов коррозии, которые и вызывают образование новых трещин и отстрел защитного слоя бетона.

В связи с этим любая предлагаемая технология ремонта таких конструкций должна в обязатель­ном порядке предусматривать средства для борь­бы с начавшимися процессами коррозии армату­ры, в том числе не доступной в процессе ремонта. Современный рынок строительных материалов предлагает широкую номенклатуру выбора. Одна­ко применительно к рассматриваемой проблеме необходимо разработать критерии отбора матери­алов, с помощью которых решались бы проблемы не только эффективного ремонта, но и обеспече­ния долговечности конструкций. Ремонтные мате­риалы должны обладать высокой адгезией к «ста­рому» насыщенному различными солями бетону, обладать повышенной водонепроницаемостью и трещиностойкостью, химической стойкостью, в том числе высокой сопротивляемостью проникнове­нию ионов хлора, быстрым набором прочности, морозостойкостью. Эти технологии должны быть адаптированы к производству работ в условиях действующего предприятия и наличию сильной агрессивной среды.

Современное состояние строительных конст­рукций на калийных производствах показывает, что одного ремонта поврежденного бетона конструк­ций уже недостаточно и требуются мероприятия по усилению конструкций.

Традиционные методы усиления конструкций в виде установки металлических подкрепляющих элементов в таких агрессивных средах применены быть не могут по нескольким причинам:

во-первых, в условиях действующего производ­ства возникают значительные трудности применения такого усиления из-за наличия технологического оборудования, трубопрово­дов, площадок обслуживания и т.д.

во-вторых, использование традиционных методов усиления в таких условиях сопровождается значительными материальными затратами не только на проведение самих работ по усиле­нию, но и на поддержание эксплуатационных свойств (защита от коррозии).

в-третьих, усиление конструкций металлически­ми элементами часто не может решить других задач, например, по повышению трещиностойкости, жесткости существующих конструк­ций и часто приводит к увеличению собствен­ного веса, нагрузок на фундаменты. Серьез­ные проблемы возникают в обеспечении совместной работы конструкций и элементов усиления при динамических, вибрационных, температурных и других воздействиях.

 

 

Конструкция сгустителя: 1- центральная опора; 2- опорная балка;  3- колонны; 4- подвижная ферма; 5- скребки; 6- кольцевой рельс.

Рис. 1. Конструкция сгустителя: 1- центральная опора; 2- опорная балка;

3- колонны; 4- подвижная ферма; 5- скребки; 6- кольцевой рельс.

 

В связи с этим важнейшими критериями выбо­ра системы усиления являются: коррозионная стой­кость, возможность выполнения работ в условиях действующего предприятия, максимальное сниже­ние дополнительных нагрузок на уже поврежден­ные конструкции. Такой метод не только существу­ет, но широко используется для усиления конструк­ций за рубежом. Сущность метода заключается в организации внешнего армирования надежно от­ремонтированных конструкций путем наклейки на поверхность специальными эпоксидными клеями полос тканей из особо высокопрочных углеродных волокон (с прочностью на растяжение выше проч­ности высокопрочных сталей). Такой метод за ру­бежом широко используется для усиления карка­сов здания, перекрытий, мостов, стальных конструкции и кирпичной кладки.

Используемые элементы уси­ления обладают чрезвычайно высокой химической стойкос­тью, сопротивлению ударным и циклическим (в том числе ди­намическим) воздействиям. Этот метод усиления позволяет также повысить трещиностойкость и жесткость конструкций.

Таким образом, анализ мирового опыта показывает, что система реабилитации по­врежденных в ходе эксплуата­ции конструкций включает ремонт бетона с предотвраще­нием процессов коррозии и усиление конструкций.

В связи с отсутствием конкретных рекомендаций для восстановления эксплуатационных свойств конст­рукций сооружений калийного производства авто­ры предприняли опытно-экспериментальные рабо­ты по ремонту конструкций, учитывающие зару­бежный опыт. Эти работы явились первым шагом выработки общей концепции ремонта таких кон­струкций.

Примером комплексного подхода к ремонту конструкций явились работы по ремонту чаши сгу­стителя на 3-ем рудоуправлении ОАО «Сильвинит» в г. Соликамске.

 

 

Схема расположения трещин на внутренней поверхности чаши.

 

Рис. 2. Схема расположения трещин на внутренней поверхности чаши.

 

Результаты компьютерного моделирования

Рис. 3. Результаты компьютерного моделирования.

 

Железобетонная чаша предназначена для сгу­щения галитовых отходов флатофабрики. Сгусти­тель представляет собой монолитную железобетон­ную емкость цилиндрической формы с коническим днищем, опирающимся на центральную опору и колонны, расположенные по периметру перифе­рийной опорной балки (рисунок 1).

Сгуститель выполнен из бетона марки М200. Рабочая и конструктивная арматура - из стерж­ней класса AII.

На центральную опору и кольцевой рельс, ус­тановленный по периметру стенки чаши, опирает­ся металлическая ферма. С помощью подвешенных на ферме скребков при ее вращении осуществля­ется перемешивание галитовых отходов.

Нагрузки на конструкцию сгустителя скла­дываются из:

  • собственного веса конструктивных элементов (0.72т/м2);
  • технологических нагрузок от галитовых отходов (4.2 - 7.1т/м2);
  • нагрузки от металлоконструкции подвижной фермы (20т).

При обследовании были выявлены многочис­ленные дефекты и повреждения - кольцевые и ра­диальные трещины в районе опорной балки и цен­тральной опоры (рисунок 2), отслоения бетона на внутренней поверхности чаши на глубину до 8 см, многочисленные бухтящие зоны, следы коррозии арматуры. Протечки технологического раствора свидетельствуют о наличии сквозных трещин.

На основании результатов об­следования дефектов и деформа­ций пространственной конструк­ции сгустителя выполнено ком­пьютерное моделирование фак­тической несущей способности и деформативности конструктив­ных элементов. Расчеты на проч­ность и деформативность были выполнены с учетом фактичес­ких физико-механических ха­рактеристик бетона и арматуры, геометрического расположения имеющихся трещин и данных о неравномерных деформациях сгустителя.

Результаты компьютерного моделирования позволили уста­новить (рисунок 3), что зоны максимальных растягивающих напряжений в бетоне при фик­сированном положении под­вижной фермы имеют ширину порядка 1.5ч3.0 метров и расположены как над центральной опорой, так и над кольцевой опор­ной балкой. Абсолютное значение растягиваю­щих напряжений равно 76.34 кГс/см2 и превы­шает предел прочности бетона на растяжение со­гласно СНиП (10.7 кГс/см2) в 7 раз. Этот факт объясняет образование кольцевых трещин в зоне центральной опоры и по периметру кольцевой опорной балки. Учитывая перемещение подвиж­ной фермы, размеры зон критических напряже­ний распространяются по всему периметру кон­струкции чаши.

Зона опасных концентраций растягивающих напряжений на нижней поверхности чаши распо­ложена в средней пролетной части между кольце­вой опорной балкой и центральной опорой. В це­лом, результаты компьютерного моделирования прогнозируют образование сложной простран­ственной картины трещин, что и наблюдается в действительности.

Вероятно, что образование трещин и прочих дефектов в чаше сгустителя вызвано не только дей­ствием расчетных нагрузок, но и таких неблагоп­риятных факторов, как неравномерность осадки фундаментов, агрессивное воздействие галитовых отходов и пр.

На основании анализа распределения зон мак­симальных напряжений была разработана схема усиления чаши сгустителя высокопрочным угле­пластиком (рисунок 4).

Схема усиления чаши углепластиковыми полосами.

 

Рис. 4. Схема усиления чаши углепластиковыми полосами.

 

Накладки из углепластика выполняют роль внешнего армирования и образуются путем на­клейки углеродной ленты на поверхности чаши специальными эпоксидными составами. Содержа­ние углеродных волокон в композите - около 60%, основные физико-механические свойства углепла­стика по завершении полимеризации:

  • прочность на растяжение - 1450 МПа;
  • модуль упругости - 126000 МПа;
  • относительное удлинение при разрыве - 0.8%.

В результате расчетов установлено, что для восстановления несущей способности конструк­ции необходимо осуществить наклейку углепла­стика в двух зонах по внутренней поверхности чаши сгустителя:

  • по периметру кольцевой опорной балки;
  • в зоне вокруг центральной опоры.

Накладка в зоне кольцевой опорной балки дол­жна состоять из шести монослоев ленты, три из ко­торых укладываются в радиальном направлении и три - в тангенциальном. Ширина нижнего радиаль­ного слоя - 3 м, двух последующих - по 2 м. Ширина всех 3-х слоев тангенциальной накладки - по 2 м.

Кольцевая накладка в зоне центральной опоры с радиусом 4 м выполняется из двух радиальных слоев шириной по 1 м.

Результаты компьютерного моделирования прочности пространственной конструкции сгустителя с учетом усиления свидетельствуют, что величины растягивающих напряжений в бетоне не превышают 5 кГс/см2, что в 2 раза ниже нормируемой СНиП величины (10.7 кГс/см2).

Наклейке углеродных лент предшествовали работы по блокированию процессов коррозии арматуры, ремонту и восстановлению сечения конструкции. Блокирование процессов коррозии арматуры
имеет принципиальное значение, поскольку в противном случае образующие продукты коррозии будут отрывать защитный слой из ремонтных материалов, что сведет на нет работы по наклейке композитов. Не менее важным является и прочность основания (защитного слоя), на которую осуществляется наклейка углеродных лент. Прочность бетона на отрыв должна состав­лять не менее 1.5 МПа. Указанное должно учиты­ваться при выборе материалов и технологии ремон­та деструктивной поверхности, обеспечивающих высокую прочность и адгезию к «подложке».

На рисунках 5 и 6 представлен процесс наклей­ки углеродных лент.

После завершения наклейки всех слоев угле­родной ленты поверхность накладок покрывалась составом АЭ-1. Оставшаяся часть поверхности чаши с целью защиты от воздействия галитовых растворов была покрыта слоем хлорсульфированного полиэтилена.

Для оценки степени жесткости и качества гид­роизоляции чаши сгустителя после завершения ремонтных работ были проведены испытания пу­тем заполнения чаши солевым раствором с удель­ной массой 1.23 г/см3.

Оценка деформативности осуществлена путем точного геометрического нивелирования ряда то­ чек на днище чаши и колоннах. Схема нивелирования приведена на рисунке 7.

Общий вид сгустителя в процессе усиления

Наклейка радиальных лент

 

Рис. 5. Общий вид сгустителя в процессе усиления.                            Рис. 6. Наклейка радиальных лент.

 

Для определения деформаций чаши в 10-ти точках нижней поверхности ее днища и верхних точках 5-ти опорных колонн, были закреплены металлические дюбели. К дюбелям были подвешены металлические рулетки с миллиметровыми делениями. Величины деформаций определялись нивелированием с вычислением разницы отметок дюбелей. Разность отметок одноименных дюбелей соответствует вертикальным деформациям точек днища чаши и опорных колонн, которых закреплены дюбели. Отметки дюбелей определялись в условной системе высот относительно трех опорных реперов, расположенных вне зоны действия на­грузок чаши.

Схема нивелирования

Рис. 7. Схема нивелирования:

• Дюбели, установленные на колоннах;

° Дюбели, установленные на днище чаши.

 

Нивелирование деформационных точек и опорных реперов выполнялось 9 раз по одной и той же схеме при различной наполняемости чаши со­ляным раствором.

Первый цикл нивелирования был выполнен перед первичным наполнением чаши. Второй этап - после наполнения чаши на 1/3 объема при на­грузке в 420 т. Третий этап - после наполнения чаши на 2/3 объема при нагрузке 840 т. Четвертый этап - после полного наполнения чаши, что соответству­ет нагрузке в 1260 т. Пятый цикл нивелирования выполнен после полного опорожнения чаши. Ше­стой - девятый циклы нивелирования выполнены при вторичном наполнении и опорожнении чаши по той же схеме наполнения.

В результате установлено, что деформации чаши при максимальных нагрузках не превысили 4 мм, что более чем в 2 раза ниже расчетных. Протечек и на­рушений гидроизоляции не зафиксировано.

Последующая эксплуатация сгустителя в тече­ние нескольких месяцев свидетельствует об удов­летворительном качестве ремонта - разрушений ремонтного слоя и отслоений углепластиковой на­клейки не наблюдается.

В целом по результатам выполненной работы можно сделать вывод, что использование компози­ционных материалов может положить начало но­вому направлению реконструкции железобетон­ных инженерных сооружений, обеспечивающему существенное сокращение трудоемкости, стоимо­сти и сроков выполнения работ.

X
Онлайн заявка
Нажимая "Отправить" Вы соглашаетесь с
политикой конфиденциальности персональных данных