Технология восстановления водонепроницаемости напорных труб
По данным трубных заводов, из общего числа выбракованных по различным дефектам железобетонных напорных труб от 40 до 60% переводятся в низконапорные из-за водопроницаемости бетона. Одним из путей повышения качества напорных труб является внедрение в производство разработанной ВНПО Союзжелезобетон технологии восстановления водонепроницаемости бетона пропиткой под давлением натриевым жидким стеклом, осуществляемой как на индивидуальных, так и на модернизированных стендах по двум схемам.
По первой схеме жидкое стекло заливают в приямок обычного стенда для гидростатических испытаний труб. При этом насосы стенда заменяют на специальные, позволяющие перекачивать жидкое стекло. Для низкого давления используют фекальные насосы, а для высокого— насос-дозатор НД-100/63.
По второй схеме (рис. 1) стенд дополняется резервуарами для хранения жидкого стекла, предохраняющими его от загрязнения и возможного разбавления водой. Жидкое стекло нагнетается из резервуара в пропитываемую трубу насосом низкого давления (Минераловодский завод железобетонных напорных труб) или сжатым воздухом под давлением 2—2,5 кгс/смг (Гниванский объединенный завод ЖБК). При этом приямок стенда заполняется водой для проведения гидроиапытаний труб. Давление жидкого стекла в трубе поднимается со скоростью 1 кгс/см2 в 1 мин. Пропиточное давление для труб I класса составляет 20 кгс/см2, II класса — 14 кгс/см2, III класса — 8 кгс/см2. Труба выдерживается под давлением от 5 до 10 мин, заполняется жидким стеклом и освобождается от него за 3—6 мин.
Весь цикл пропитки трубы I класса составляет 30—35 мин.
После пропитки трубу снимают со стенда и хранят в цехе для отверждения жидкого стекла в течение 1,5—2 сут при температуре 15—25°С. При более низкой температуре длительность выдержки должна быть увеличена до 3 сут. После выдержки трубу подвергают повторному испытанию.
Исследованиями установлено, что натриевое жидкое стекло, инъецированное под давлением в бетон, способно в определенных условиях при взаимодействии с транспортируемой по трубам водой и бетоном превращаться в нерастворимый в воде продукт. Жидкое стекло постепенно переходит в эластичное, а затем в твердое состояние с образованием пробок затвердевшего стекла, закупоривающих водопроницаемые каналы в бетоне труб. Эффективность пропитки зависит от размера дефектов в бетоне, концентрации (плотности) жидкого стекла и его физико-химических свойств.
Опыты проводили на бетонных трубах диаметром 100, длиной 350 и толщиной стенки 25 мм с дефектами в виде сквозных канальцев и щелей. Размер полученных дефектов в трубах контролировали микроскопом МБС-1. Было изготовлено более 150 труб с 8—10 водопроницаемыми дефектами в каждой.
После тепловлажностной обработки такие трубы подвергали гидростатическому испытанию водой при давлении до 10 кгс/см2 и фиксировали дефекты. Затем трубы пропитывали натриевым жидким стеклом плотностью 1,51— 1,34 г/см3 и кремнеземным модулем п— =2,75 (ГОСТ 13078—67) при давлении 6—10 кгс/см2 в течение 5—20 мин. После 1—3 сут хранения в естественных условиях их повторно испытывали. Кроме того, часть пропитанных труб высушивали при температуре 55—75° С в течение 3—30 сут, другую хранили в нормальных воздушно-влажных, а также в естественных условиях до 1,5 лет.
Из пропитанных труб, выдержавших гидроиспытании при давлении 9— 10 кгс/см2, на Опытном заводе ВНИИЖелезобетона были смонтированы два водовода: водовод № 1 (2—6 кгс/см2, проточная вода, 1,97-102) эксплуатировали более двух лет, а водовод № 2 (0,5 кгс/см2, проточная вода, 8,1 104)—более года. Водоводы периодически демонтировали и подвергали контрольным гидроиспытаниям при давлении 9— 16 кгс/см2. В настоящее время срок эксплуатации водовода № 1 составляет более трех лет. Результаты испытаний представлены на рис. 2.
Трубы со сквозными каналами размером менее 350—400 мк и исходной водопроницаемостью 2—2,5 кгс/см2 надежно кольматируются при однократной пропитке жидким стеклом (1,49— 1,51 г/см3) и стабильно сохраняют приобретенную водонепроницаемость. Трубы с дефектами размером от 400 до 550 мк, водопроницаемые при давлении воды 1,5—0,1 кгс/см2, после уплотнения жидким стеклом стабильно повышают водонепроницаемость при эксплуатации. При сушке водонепроницаемость таких труб из-за усадки затвердевшего стекла снижается. Однако при последующей эксплуатации водовода при давлении от 2 до 6 кгс/см2 их водонепроницаемость восстанавливается за счет разложения жидкого стекла до гидрогеля SiOj, а затем постепенно возрастает. Дефекты размером более 600 мк невозможно ликвидировать однократной пропиткой жидким стеклом.
Показателем водонепроницаемости и долговечности пропитанных труб ЯР- ляется степень уплотнения дефектов бетона натриевым жидким стеклом, определяемая размерами дефектов в бетоне и концентрацией используемого для пропитки жидкого стекла. Так, трубы с дефектами размером от 400 до 700 мк в первые 20 сут после однократной пропитки жидким стеклом имеют более высокую водонепроницаемость, чем после 1—3 мес хранения в естественных условиях, особенно при повышенной температуре (25—35е С) и сушке. Трубы с дефектами размером менее 350—400 мк стабильно сохраняют приобретенную водонепроницаемость не только при хранении в естественных условиях, но и при сушке при температуре 55—85° С (см. рис. 2).
С увеличением размера дефектов и уменьшением концентрации натриевого жидкого стекла облегчается возможность его вытекания из канала. Длина пробок из натриевого стекла, образующихся в каналах диаметром от ЙООО до 600 мк, составляет 1,2—2 мм, а в каналах диаметром от 600 до 450 мк — 3—4 мм. При меньших размерах каналов происходит закупорка их по всей длине. В крупных дефектах твердение стекла между пробками сопровождается образованием пленки на стенках канала. По измеренной толщине пленок была рассчитана усадка натриевого стекла в каналах в зависимости от их размера и концентрации стекла. Из рис. 3 видно, что в бетоне с дефектами размером менее 350—400 мк усадочные явления, развивающиеся при высыхании жидкого стекла (1,5—1,34 г/см3), практически не влияют на водонепроницаемость пропитанных труб. Эти данные свидетельствуют о том, что для пропитки труб необходимо использовать натриевое стекло максимальной концентрации 1,48—1,51 г/см3.
Постепенное высыхание натриевого стекла в бетоне сопровождается повышением адгезионной прочности и прочности самого стекла. Установлено, что предел прочности при сдвиге клеевых швов с бетоном, образованных жидким стеклом с п = 2,75 и 12, 24—26 и 35—38 кгс/см2. Внутреннее давление воды в трубах при эксплуатации водовода не способно выдавить или разрушить пробки затвердевшего стекла. При эксплуатации пропитанных труб происходит разложение части пробок натриевого стекла соединениями, содержащимися в водопроводной воде (Са(НСОз)2, MgSC>4, MgClj, NaCl и т. д.), и коагуляция находящихся в стекле солей кремнезема до гидрогеля кремнезема — плотного, практически нерастворимого и водонепроницаемого продукта.
Являясь отрицательным коллоидом, гидрогель кремнезема адсорбирует из водопроводной воды, порового раствора бетона преимущественно катионы кальция, магния, алюминия и т. д., способные образовать с ним нерастворимые в воде соединения (гидросиликаты кальция, магния и т. д.). Этим объясняется постепенное повышение водонепроницаемости пропитанных труб при эксплуатации водовода.
Натриевое стекло, остающееся на внутренней поверхности пропитанных труб в виде тонкой пленки, легко растворяется и уносится водой в процессе их гидростатических испытаний, поэтому вода, транспортируемая по таким трубам, отвечает санитарным нормам. Об этом свидетельствуют данные по определению содержания NajO в воде при гидростатических испытаниях пропитанных труб диаметром 900 мм на Душанбинском опытном заводе напорных труб и ЖБИ, а также при эксплуатации экспериментального водовода N 1. Минздрав СССР разрешил использовать натриевое жидкое стекло для пропитки напорных железобетонных труб, применяемых для хозяйственно- питьевого водоснабжения.
По данным промышленных испытаний и внедрения технологяи восстановления водонепроницаемости напорных труб на десяти заводах Минстройматериалов СССР, Минводхоза СССР и Минстроя СССР, не менее 90—95% напорных труб, имевших первоначальную водопроницаемость при давлении от 2 до 10 кгс/см2, после пропитки жидким стеклом приобрели напорность, соответствующую трубам I и II классов (см. таблицу). Расход жидкого стекла на 1 м обрабатываемых труб составляет 6—16 кг, дополнительные расходы на материалы, переоборудование стендов и заработную плату—1—1,5 р/м. Эффект от восстановления водонепроницаемости дефектных труб в 1975—1976 гг. на десяти заводах составил более 2 млн. р.