CC BY
0В.С. Очиров, д-p техн. наук, проф., чл.-корр. РАЕ, e-mail: ochirov680208@yandex. ru Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 691.328.5
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБНОСТИ ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
В статье излагаются результаты исследований по определению гидрофизического свойства ас-бестоцементных труб водопоглощения.
Разработана методика исследований и экспериментальная установка по определению водопоглощения. Экспериментальным путем был исследован характер водопоглощения образцов асбестоце-ментной трубы. В основу методик исследований были приняты стандартные положения с некоторыми дополнениями. В частности, все последующие образцы выдерживались в водных растворах при постоянных температурах среды до полного водонасыщения. После этого каждый из образцов был подвергнут физико-механическим испытаниям с целью определения изменений прочностных характеристик, которые оцениваются пределом прочности, определяемым данным видом деформации.
Ключевые слова: асбестоцементная труба, водопоглощение, бесканальная прокладка, температура теплоносителя, водонасыщение, характеристика.
V.S. Ochirov, Dr. Sc. Engineering, Prof.
THE STUDY OF WATER-ABSORPTION ABILITY OF ASBESTOS-CEMENT PIPELINES
The article introduces the results of studies on a hydrophysical property measurement of asbestos-cement pipes. A research method and an experimental setup were worked out. A water-absorption character of asbestos-cement pipe samples was experimentally tested. The metod was based on standart approaches with some additions. In particular, all next samples were maintained in aqueous solutions at constant environment temperatures up to a full water saturation level.
Each of the samples was subjected to physico-mechanical tests to define changes of strength characteristics which were estimated by the tensile strength determined by the given type of deformation.
Key words: asbestos-cement pipe, water-absorption, underground laying, the temperature of the coolant, water saturation, characteristic.
Известно, что в условиях бесканальной прокладки тепловой сети на трубопровод воздействуют изгибающие силы вследствие собственного веса трубы, веса находящегося в ней теплоносителя и веса слоя земли, покрывающего трубу. Также они подвергаются нагрузкам на сжатие от веса слоя земли, прикрывающего трубу, динамическим нагрузкам, создаваемым транспортом при движении на поверхности земли, и чистому растяжению в процессе эксплуатации при работе под гидравлическим давлением. Помимо указанных выше нагрузок, действующих на уложенные в землю трубы, в условиях практического применения асбестоце-ментные трубы могут получить удары во время погрузки, транспортировки и укладки [1].
Способность противостоять действию внешних сил без разрушения зависит от состава, строения и свойств самой асбестоцементной трубы, от характера действующих нагрузок, типа напряженного состояния в опасных зонах трубопровода и от состава, температуры и давления теплоносителя.
Известно, что работоспособность асбестоцементных труб в качестве теплопроводов зависит от их водопоглощения. Водопоглощение - это способность материала впитывать и удерживать в порах воду. В исследованиях использовались асбестоцементные трубы ВТ-9, полученные на комбинате «Волна» г. Красноярска (в состав входит 15% асбеста и 85% портландцемента). Эти трубопроводы изготовлены машинным способом - навивкой под давлением.
Стенки труб состоят из отдельных тонких слоев-пленок, накладываемых на форматную скалку и спрессовываемых в процессе формования в монолит. Для произведенных таким способом трубопроводов величина водопоглощения (14-16%) находится в пределах допустимых значений.
В основу методик исследований были приняты стандартные положения [2] с некоторыми дополнениями, в частности все исследуемые образцы выдерживались в водных растворах при постоянных температурах среды до полного водонасыщения. Образцы партии, выдерживаемой при температуре теплоносителя 40 °С, далее обозначаются как образцы «Г40»; выдерживаемые при температуре теплоносителя 60 °С - «Г60»; при температуре теплоносителя 80 °С - «Г80»; при температуре теплоносителя 100 °С - «Г100». В качестве эталона приняты образцы той же марки асбестоцементного трубопровода со склада, обозначенные индексом «Э»; под индексом «С» представлены образцы той же партии, но высушенные при температуре 100-110 °С.
Экспериментальным путем был исследован характер водопоглощения образцов асбесто-цементной трубы марки ВТ-9. Исследование на водопоглощение производилось на образцах кубической формы 20*20*20 мм, вырезанных из стенок асбестоцементных труб марки ВТ-9 номинальным диаметром 150 мм. Для данного испытания было изготовлено 30 образцов. Первоначально образцы были высушены при температуре 100 °С, а затем помещены в емкости с водой, в которых поддерживалась постоянная температура, соответствующая каждой партии. Образцы подвергались взвешиванию через каждые 24 ч насыщения водой с точностью до 0,01 г. Насыщение образцов производилось до тех пор, пока результаты взвешиваний стали отличаться не более чем на 0,01 г от предыдущих взвешиваний.
Водопоглощение по массе (%) вычислили по формуле:
w=т^т. .100%,
т0
где Ш1 - масса насыщенного водой образца, г; Ш0 - масса образца в исходном состоянии, г.
Характер изменения водопоглощения образцов с течением времени представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Влияние температуры теплоносителя и время выдерживания в воде на изменение водопоглощения асбестоцементных труб
Замечено, что после выдерживания в воде у всех образцов наблюдается изменение цвета на наружной поверхности - буро-коричневый «ободок» (рис. 2 стрелка), который свидетельствует о карбонизации внешнего слоя трубы. Это явление положительное, так как при этом повышается устойчивость стенки трубы к коррозии.
34
Рисунок 2 - Образцы после воздействия теплоносителя с температурой
Установлено, что у насыщенных водой образцов прочность по всем видам деформации меньше, чем у воздушно-сухих, в среднем на 13,4%. Воздушно-сухой образец, т.е. образец, который выдерживался в обычных температурно-влажностных условиях, содержит 8-11% гигроскопической влаги, которая оказывает капилярное давление на стенки пор и создает дополнительные напряжения в материале, т.е. увлажнение материала снижает эту прочность. Асбестоцемент, высушенный при температуре 100-110°, имеет прочность при изгибе на 1218% больше, чем в воздушно-сухом состоянии.
Исследования водонепроницаемости стенок трубы, проводимые на экспериментальной установке, показали, что тестируемая асбестоцементная труба марки ВТ-9 хорошо переносит высокую температуру до 140° и двойное превышение рабочего давления, создаваемого теплоносителем на стенки трубы.
Изменение прочностных характеристик при воздействии воды с различными температурами можно объяснить только теплофизическими и фильтрационными характеристиками материала трубы, являющимися функциями химического и минералогического состава, а также физико-химическими процессами, протекающими при твердении асбестоцемента при изменении температуры воды.
После вышеприведенных экспериментов каждый из образцов был подвергнут физико-механическим испытаниям с целью определения изменения прочностных характеристик (рис. 3).
■ Юл ■ «С>1 ■ «Г40» ■ «Г60» ■«гяо» и«гюо»
Рисунок 3 - Усредненные значения предела прочности при сжатии образцов асбестоцементного трубопровода
Согласно полученным данным при испытаниях на сжимающие усилия все образцы - и сухие, и насыщенные влагой - имеют одинаковый характер повреждений (рис. 4).
Рисунок 4 - Характер разрушений образцов, выдержанных при различных температурах воды:
а - «Г40»; б - «Г60»; в - «Г100»
Чистому растяжению в процессе эксплуатации асбестоцемент подвергается при работе под гидравлическим давлением. В отличие от чистого растяжения это напряжение называется растяжением при изгибе. Для определения прочностных характеристик из испытуемых асбе-стоцементных труб было изготовлено 30 образцов-балочек размерами 15*15*200 мм.
Средством испытания асбестоцементных трубопроводов была разрывная машина ИР 5057-50 УХЛ 4.2 с регулируемой скоростью приложения нагрузки и силоизмерителем, с допускаемой погрешностью не более 1% (рис. 5). Результаты испытания даны на рисунке 6.
Рисунок 5 - Общий вид ИР 5057-50 УХЛ 4.2
Рисунок 6 - Усредненные значения предела прочности при изгибе образцов асбестоцементного трубопровода Заключение
1. С течением времени водопоглощение материала повышается и составляет 14-16% по
массе при плотности материала 2 г/см3. Все выдерживаемые образцы максимально насыщаются влагой в первые 2-3 сут, после чего средняя плотность материала увеличивается и дальнейшее водонасыщение происходит в очень небольших соотношениях (0,05-0,25 %).
2. Степень водопоглощения зависит от качества сырья (марки асбеста и цемента), процентного соотношения асбеста и цемента, технологии изготовления трубы (плотности намотки), а также от толщины стенки.
Таким образом, асбестоцементные трубопроводы по свойствам водопоглощения можно использовать в качестве теплопроводов.
3. На рисунках 3-6 отображены среднеарифметические результаты пределов прочности исследуемых образцов по различным видам деформаций, наглядно видно как снижение предела прочности относительно эталонного образца, так и его повышение в зависимости от характера изменения температурных режимов. Снижение происходит при температурах водной среды от 40 до 60 °С, повышение при температуре свыше 80 °С. Все прочностные показатели для образцов при испытании на изгиб, ударную вязкость, сжатие отличаются примерно на 15%. При таком колебании показателей асбестоцемент можно признать практически однородным материалом.
Библиография
1. Авдолимов Е.М. Монтажные усилия при сборке асбестоцементных теплопроводов // Расчетные методы в строительстве: сб. науч. ст. - М.: Изд-во ВЗИСИ, 1975.
2. Филиппович Н.И. Оценка эффективности строительства тепловых сетей из асбестоцементных труб // Строительные материалы. - 1999. - № 5. - C. 17.
3. Авдолимов Е.М., Груцкий М.Я., Ячменев М.Г. Новые исследования неметаллических теплопроводов // На стройках Подмосковья. - М., 1972.
4. Авдолимов Е.М. Бесканальная прокладка тепловых сетей из асбестоцементных труб: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М., 1977.
5. Асбестоцемент возвращается тихо // Строительный эксперт. - 2002. - № 6. - С. 7.
6. Асбестоцементные трубы для теплопроводов // Строительный эксперт. - 2002. - № 5 - С. 15.
7. Трубы и фитинги // Сантехника и водоснабжение. - 2002. - № 11.
Bibliography
1. Avdolimov E.M. Assebly efforts in assembling asbestos-cement heating pipes // Calculation methods in construction: coll. sc. art. - M.: VZISI, 1975.
2. Filippovich N.I. Evalution of the construction of thermal networks of asbestos-cement pipes // Construction materials. - 1999. - N 5. - P. 17.
3. Avdolimov E.M., Grutskiy M. J., YachmenevM.G. New studies of metallic heating pipes // Na stro-jkah Podmoskov'ja. - M., 1972.
4. Avdolimov E.M. Non-channel laying of heating networks from asbestos-cement pipes: Abstract dis. Cand. Tech. Sc. - M.: 1977.
5. Asbestos-cement comes back quietly // Stroitel'nyj ekspert. - 2002. - N 6. - P. 7.
6. Asbestos-cement pipes for heat conductors. // Stroitel'nyj ekspert. - 2002. - N 5. - P. 15.
7. Pipes and fitting // Santekhnika i vodosnabzhenie. - 2002. - N 11.
