CC BY
120
УДК 626-033.34
ОСОБЕННОСТИ БЕТОНОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Е. Е. Сайгашова
Научный руководитель — Н. Н. Королькова, кандидат технических наук Саяно-Шушенский филиал Сибирского федерального университета
В статье приводятся отличительные особенности бетонов, используемых для строительства гидротехнических сооружений. Даны качественные характеристики гидробетона: морозостойкость; устойчивость к воздействию воды; повышенный уровень водонепроницаемости; прочность на растяжение и сжатие. Приводится зависимость качества гидробетона от таких факторов, как соотношение воды и цемента, виброуплотнение, качество, время, на протяжении которого выдерживают смесь, качество добавленных компонентов и др.
Ключевые слова: каменные здания, архитектура, объект, строительство, обследование, декоративные элементы.
Под строительством гидротехнических сооружений подразумевается возведение таких объектов, как плотины, дамбы, водопропускные и очистные конструкции, водорегулирующие узлы, водоотводящие либо подводящие магистрали. Проведение гидротехнических работ также включает в себя: упрочнение слабых грунтовых оснований, устройство дренажных систем, осушение территорий, строительство подпорных стен и искусственных водоёмов различного характера, организацию противоэрозионной защиты.
Строительство гидротехнических сооружений разных видов сложности и капитальности невозможно без использования качественных современных материалов. Одним из них, безусловно, является бетон, который используется людьми в качестве строительного материала уже достаточно давно. Его применение оправданно высокой надёжностью, испытанной самыми разными погодными условиями и временем. Однако обычный бетон не совсем подходит для строительства гидротехнических сооружений. Причина этого кроется в сильном негативном воздействии воды на объект, с которым не может справиться простой бетон.
При планировании строительства сооружения, которое будет постоянно находиться под воздействием воды, нужно обратить внимание на материал, из которого оно будет возводиться. Этот материал должен обладать качествами, которые позволят ему противостоять разрушительным свойствам воды. Наибольшими разрушительными факторами для гидротехнических сооружений являются: приливы и отливы воды, перепады температур, жёсткость воды. Важно учитывать, что самый больший урон влага наносит той части объекта, которая находится в месте постоянной смены уровня воды.
Бетон, который используют при строительстве гидросооружений, называют гидротехническим или просто гидробетоном. Он используется при строительстве плотин, дамб, туннелей, подвалов, причалов и т. д. - в общем, везде, где гидросооружение должно пропускать как можно меньше влаги. Гидробетон в зависимости от назначения делится на три основных вида: бетон, который находится под водой; бетон, который находится в зоне, где уровень воды постоянно меняется; бетон, который находится над уровнем воды.
При кажущейся простоте бетон является сложным химико-механическим соединением, требующим соблюдения температурно-влажностного режима, специальных приёмов его последовательного монолитного укладывания в случае возведения плотины. Создание высоких и длинных плотин сложно не только с точки зрения технической, но и с точки зрения проблемы, возникающей по технологическим причинам: на одной стороне строительной площадки бетон уже застыл, а на другой стороне ещё ведутся работы по его укладке. Кроме того, проблема усугубляется необходимостью формирования в теле плотины технологических каналов для движения воды на лопасти турбин, устройств перелива, технологических помещений.
Кратко охарактеризуем основные свойства гидробетона, к которым относят: морозостойкость; устойчивость к воздействию воды; повышенный уровень водонепроницаемости; прочность на растяжение и сжатие.
Морозостойкость является очень важным фактором бетона при возведении гидросооружения; этот фактор связан с длительным по времени нахождением гидробетона под воздействием низких температур. С точки зрения морозоустойчивости существует пять марок гидробетона: F50, F100, F150, F200, F300. Есть ещё одна марка - F400, она образуется при добавлении в состав бетона специальных примесей. Каждая марка означает количество циклов замораживания и оттаивания на протяжении двадцати восьми суток. Материал проверяется в специальных морозильных камерах; за отведённое время гидротехнический бетон должен выдержать испытание морозом, не теряя при этом своих качеств. Для возведения гидротехнических сооружений (в том числе и гидростанций) марки бетона в связи с их морозостойкостью следует использовать в зависимости от климатических условий района их строительства и расчётного числа циклов попеременного замораживания и оттаивания в год в соответствии с данными, отражёнными в таблице 1.
При проверке на водонепроницаемость гидротехнический бетон не должен пропускать влагу. Этой характеристикой обладают следующие марки бетона: W2, W4, W6, W8. Добавление различных примесей образовывает марку W12. Марки бетона по водонепроницаемости должны применяться в зависимости от градиентов напора. Условия применения бетона данных марок для русловых ГЭС; части зданий ГЭС, расположенных ниже уровня нижнего бьефа, приплотинных и деривационных ГЭС; зданий подземных ГЭС, расположенных в обводнённом горном массиве, приведены в таблице 2. Для конструкций с градиентом напора выше 30 следует использовать марку бетона по водонепроницаемости W16 и выше.
Таблица 1
Марки бетона гидротехнических сооружений (в том числе гидростанций) по морозостойкости в зависимости от расчётного числа циклов замораживания и оттаивания
Зона сооружения Марка бетона по морозостойкости
Надводная зона F200
Подводная зона F100
Зона переменного уровня при числе циклов попеременного замораживания
и оттаивания в год:
до 50 вкл. F200
св. 50 до 75 F300
св. 75 до 100 F400
св. 100 до 150 F500
св. 150 до 200 F600
св. 200 Специальные виды бетонов
Таблица 2
Марки бетона по водонепроницаемости в зависимости от градиентов напора
Температура воды, °С Марка бетона по водонепроницаемости при градиенте напора
до 5 вкл. св. 5 до 10 св. 10 до 20 св. 20 до 30 вкл.
До 10 вкл. W2 W4 W6 W8
Св. 10 до 30 вкл. W4 W6 W8 W10
Для строительства тела плотины часто необходимы разные марки бетонов: для подводной части М100 -М150, для надводной М300 - М500 с высокой морозоустойчивостью. Особенно качественного бетона требует часть плотины, находящаяся под переменным уровнем воды. Прочность гидробетона определяют путём проведения испытаний образцов на сжатие и изгиб. Для выявления возможности появления трещин гидротехнический бетон проверяют и на растяжение. Образцы гидробетона подвергаются испытанию на все виды деформаций в возрасте 180 суток.
При подборе компонентов для состава гидротехнического бетона важно учесть все функции, которые он должен выполнять, а также требуемые показатели морозоустойчивости, водонепроницаемости и прочности. То, как бетон будет «справляться» со своими обязанностями, зависит от многих факторов, таких как: соотношение воды и цемента, виброуплотнение, качество, время, на протяжении которого выдерживают смесь, качество добавленных компонентов и т. д. В зависимости от требований к гидробетону подбирается особый состав.
Проверку качества проходят все компоненты, входящие в гидротехнический бетон. Основная составляющая гидробетонной смеси - вяжущее. Для стойкого к агрессивным водам эффекта используют сульфа-тостойкий цемент. Для переменного уровня погружения берут гидрофобный цемент или с включением в него пластифицирующих добавок. В остальных случаях применяют пуццолановый и шлаковый цементы или портландцемент.
В качестве мелкого заполнителя используют кварцевый песок, который увеличивает стойкость бетона к воздействию воды. В нём не должно быть мелких примесей и мусора, так как в мокрых условиях посторонние включения способны значительно ослабить материал. В качестве крупного заполнителя применяют гравий и щебень из осадочных и изверженных пород. Такой заполнитель отличается высокой гидрофобностью и морозостойкостью. Фракция камней зависит от технических характеристик бетонного раствора, необходимых для его эксплуатации в конкретных условиях. Форма заполнителя должна быть объёмной и выпуклой, лещадный щебень или гравий обладают меньшей прочностью. Добавки (улучшители свойств) повышают устойчивость камня к температурным перепадам, агрессивным воздействиям воды, снижают тепловыделение по мере необходимости, препятствуют возникновению трещин.
Для армирования железобетонных конструкций гидротехнических сооружений ГЭС следует применять арматурную сталь, отвечающую требованиям соответствующих стандартов или утверждённых в установленном порядке технических условий и принадлежащую к одному из следующих видов: стержневая арматурная сталь (горячекатаная; гладкая класса A-I; периодического профиля классов А-II, А-III, A-IV, A-V; термически и тер-момеханически упрочненная периодического профиля классов Ат-ШС, AX-IVC, AX-VCK, А 400С, А 500С, В 500С; упрочнённая вытяжкой класса А-Шв) и проволочная арматурная сталь (холодная проволока обыкновенная; периодического профиля класса Вр-1).
Другие материалы, используемые при создании гидротехнических сооружений (материалы, составляющие бетонные смеси, каменные, лесоматериалы, гидроизоляционные материалы, другие виды материалов и пр.), должны удовлетворять техническим условиям качества, условиям их применения и сертификатам производителя при поставках.
Из всего сказанного следует вывод, что для строительства гидротехнических объектов нужно учитывать множество факторов, касающихся выбора материалов. Создание гидробетона - довольно ответственная и кропотливая задача. При подборе его состава нужно учесть все необходимые факторы, чтобы конструкция прослужила как можно дольше, при этом удовлетворяя всем предъявляемым к ней требованиям.
Библиографический список
1. СП 41.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.06.08-87. - Введ. 01.01.2013. - М.: Стандартинформ, 2013. - 64 с.
2. Строительство гидротехнических сооружений. - URL: http://bibliofond.ru/view (дата обращения: 04.06.2017).
3. Гидротехнический бетон: ГОСТ, технические характеристики сооружений. - URL: http://bouw.ru/article/osobennosti-gidrotehnicheskogo-betona (дата обращения: 05.06.2017).
© Сайгашова Е. Е., 2017
УДК 658:65.011.56
РОЛЬ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ В РАЗВИТИИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ
Н. Д. Ульянова, Ю. А. Гулакова
Брянский государственный аграрный университет
Статья посвящена применению современных информационных технологий для комплексной автоматизации предприятий водоснабжения. Приведены примеры программных продуктов, обеспечивающих существенное повышение эффективности деятельности водообес-печивающих предприятий.
Ключевые слова: комплексная автоматизация, предприятие водоснабжения, водоканал, система водоснабжения, автоматизация систем водоснабжения.
На современном этапе остро стоит вопрос модернизации объектов водоснабжения с целью формирования информационной среды предприятий [1], повышения эффективности и оптимизации работы промышленного оборудования и основных технологических процессов, в том числе снижения энергопотребления.
Под системой водоснабжения подразумевается комплекс взаимосвязанных сооружений, предназначенных для водообеспечения какого-либо объекта или группы объектов. Это комплекс сооружений для обеспечения потребителей водой в требуемых количествах и требуемого качества [2]. Система водоснабжения, обеспечивающая водой отдельные районы или группы населённых пунктов либо группы промышленных объектов, называется районной, или групповой, системой водоснабжения.
Все многообразие встречающихся на практике систем водоснабжения можно классифицировать по следующим основным признакам:
- по виду использования природных источников - водопроводы, получающие воду из поверхностных источников (речные, озёрные, морские и т. п.), из подземных источников (артезианские, родниковые и т. п.) и водопроводы смешанного питания (при использовании различных видов водоисточников);
- по назначению - водопроводы коммунальные (городов, посёлков), железнодорожные, сельскохозяйственные, производственные, которые в свою очередь подразделяются по отраслям промышленности (водопроводы химических комбинатов, тепловых электростанций, металлургических заводов и т. п.);
- по территориальному признаку - локальные (одного объекта) и групповые (или районные) водопроводы, обслуживающие группу объектов;
- по способам подачи воды - водопроводы самотечные (гравитационные) и с механической подачей воды (с помощью насосов);
- по кратности использования потребляемой воды - системы прямоточные, с оборотом воды, с последовательным использованием воды на различных установках.
Одним из приоритетных направлений развития водоснабжения является комплексная автоматизация водоканалов. Автоматизированная система водоснабжения - это набор компонентов, позволяющих осуществлять заданный рабочий цикл. В этот комплекс, как правило, включают следующие элементы:
- техническое оборудование для доставки, подготовки и транспортировки воды;
- набор датчиков и измерительных приборов вместе с модулями ввода/вывода;
- контроллер, который производит сбор и обработку полученных параметров с выдачей управляющих команд;
- исполнительные устройства, которые преобразуют команды контроллера в механические движения.
Для управления всем набором устройств автоматизации водоснабжения на диспетчерском пункте устанавливается контроллер, который обладает связью с каждым из подлежащих контролю объектов, датчиками, а также компьютером по радио-, интернет- или спутниковым каналам. Разработанная программа управления в зависимости от комбинации параметров (давления, расхода, качества и пр.) осуществляет их анализ, формирует рациональные команды, приводящие в действие исполнительные устройства.
Автоматизация систем водоснабжения даёт возможность связать все элементы в единую систему и обеспечить современное программное управление, способствующее росту показателей качества воды, уровня обслуживания, экономии и, следовательно, росту прибыли.
В настоящее время существует ряд программных продуктов по автоматизации водоканалов. Последовательно рассмотрим некоторые их них.
Система АСУТП (автоматизированная система сбора данных с объектов и управления для обеспечения бесперебойной подачи воды в городскую сеть водопровода и приёма сточных вод) разработана и смонтирована силами работников МУП «Водоканал» г. Йошкар-Олы; сейчас она находится в стадии дальнейшего развития.
