ГЛАВА 2
АНАЛИЗ свойств бетона и сталефибробетона
Износостойкость бетона в сравнении с износостойкостью других материалов,
применяемых на сетях водоотведения и водоснабжения
Под абразивным износом подразумевается механический износ поверхности материала
или элемента конструкции. В канализационных трубопроводах трение происходит при
движении твердых частиц (песка, щебня и др.) по стенке трубы. В самотечных
коллекторах под действием силы тяжести истирание проявляется на донной части.
Определяющим фактором долговечности канализационных трубопроводов является
износостойкость материала труб, так как даже в обычных условиях эксплуатации
они подвергаются разрушающему воздействию песка и твердых частиц, переносимых
течением.
Чтобы определить абразивное действие, следует прибегнуть к моделям,
воспроизводящим все реальные условия эксплуатации.
При испытаниях на моделях необходимо выполнить ряд требований:
абразивный износ должен происходить при наличии жидкости;
движение абразивных частиц должно соответствовать естественным условиям;
испытание необходимо проводить ускоренным методом.
Критерием оценки следует глубина истирания, мм, или уменьшение массы образца,
кг, в зависимости от количества абразивного материала, см3. Глубина истирания
обычно расценивается как более точная и ясная величина. Для практической оценки
результатов необходимо учитывать время воздействия и одновременно указывать
соотношение между глубиной истирания и толщиной стенки.
Стойкость к истиранию различных материалов трубопроводов канализационных сетей
определяют разными методами. Самый признанный из них – метод Дармштадта. Этот
метод возник в 1960-х годах и получил название от немецкого города Дармштадта,
где впервые был использован в Институте гидравлики профессором фон Киршмером
(разработан профессором Делвинтом).
Суть метода в следующем. Трубы диаметром 250–300 мм и длиной 1 м наполняют
абразивным материалом и герметично закупоривают. Затем этот отрезок трубы
раскачивают в специальной люльке с амплитудой колебаний ±22,5°. При каждом
колебании абразивный материал скользит по днищу трубы. Износ определяют
измерением (в миллиметрах) по нижней линии трубы до и после испытания. Чтобы
избежать погрешностей из-за резкого смещения абразивного материала, измерения
делают на концах трубы, где воздействие сыпучего вещества менее разрушительно.
Каждое колебание трубы на люльке называется циклом. Полный тест составляет
100 000 циклов, при этом выдерживается скорость не более 22 циклов в минуту.
В 1978 году были проведены испытания на пятнадцати различных образцах каждого
материала с использование метода Дармштадта на
400 000 циклах (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Износостойкость различных материалов трубопроводов
канализационных сетей
Материал трубопровода
Истирание после
400 000 циклов, мм
Керамика
Поливинилхлорид
Железобетон (трубы разных производителей и разного качества)
Стеклопластик
Асбестоцемент
0,20–0,30
0,55–0,80
1,00–2,00
0,75–2,40
8,20–8,50
Лабораторные исследования по методу Дармштадта показали:
керамика лучше всех остальных материалов выдерживает абразивное воздействие;
поливинилхлорид дает сравнительно хорошие результаты, однако степень его
стойкости к истиранию несравнима с керамикой;
железобетон имеет разные результаты не только из-за характеристик цемента, но
из-за разного качества предлагаемых на рынке готовых железобетонных труб;
стеклопластик также показал разные результаты. В трубах с поперечной арматурой
по внутреннему разрезу прослеживается волнистая поверхность, а значит, она в
большей степени подвержена износу от истирания. В трубах с диагональной
(перекрестной) арматурой такого не наблюдается.
асбестоцемент менее других материалов устойчив к абразивному воздействию.
Официальное признание метод Дармштадта получил после включения его в 1986 г. в
норму DIN 1230, а затем в 1987 г. в UNI 9180. Этот метод вошел в состав
европейских норм EN 295 - Керамические трубы (1992 г.) и TN 598 - Чугунные
трубы (1995 г.) [44-46].
В последние годы было выявлено, что в процессе эксплуатации канализационные
трубы подвергаются абразивному износу не только в лотковой части, но и по всему
сечению (при гидродинамической мойке трубопроводов).
Сущность этого явления состоит в следующем.
В настоящее время наиболее прогрессивным способом профилактики прочности труб
водоотведения является их гидродинамическая мойка высоконапорными струями,
которые смывают со стенок труб загрязнения и транспортируют последние до
ближайшего колодца, откуда их отсасывают с помощью вакуумного оборудования.
Аварийная прочистка труб предусматривает устранение засоров, чаще всего
гидродинамическим воздействием водяных струй. Подобные работы производят с
помощью специальных промывочных агрегатов высокого давления, смонтированных на
автомобильных шасси.
Промывку канализационных сетей выполняют шлангами высокого давления длиной до
120 м и с использованием канализационных насадок разного типа.
В 1991 г. Управление коммунального хозяйства Цюриха провело лабораторные
испытания гидроизносостойкости трубопроводов водоотведения [47]. Для этого
использовали отрезки трубопроводов асбестоцементных, бетонных,
стеклопластиковых, полиэтиленовых, поливинилхлоридных, керамических и других
трубопроводов. Давление водяной струи изменялось от 100 до 1000 бар (от 10 до
100 МПа).
Анализ данных испытаний и результатов их оценки (табл. 2.2 и 2.3) показывает,
что полиэтилен не имеет проломов и дыр, а у относительно твердых материалов при
гидродинамическом воздействии этот тип повреждений имеется. Так, дыры
образуются: у стеклопластика через 1 мин при воздействии воды под давлением 100
бар; у поливинилхлорида – через 1 мин при 400 бар; у фибр
- Киев+380960830922