Технология строительства трубопроводов путем нанесения внутренних цементно-песчаных покрытий
Нанесение цементно-песчаных покрытий на внутренние стенки трубопроводов для восстановления их работоспособности может выполняться методом центрифугирования или центробежного набрызга с использованием разглаживающих устройств.
Нанесение внутреннего цементно-песчаного покрытия методом центрифугирования на трубопроводы малого диаметра
1 — насос для временного отвода сточной жидкости; 2 — временный запорный орган; 3 — лебедка, 4 - восстанавливаемый трубопровод, 5 - электрошкаф; 6 — дозировочный насос для цементного раствора; 7 — емкость для цементного раствора; 8 — трубопровод транспортировки раствора; 9 — разбрызгивающее устройство; 10 — обработанный участок трубы
На рисунке ниже представлен фрагмент трубопровода с вырезанным окном доступа, в котором помещено специальное устройство для центробежного набрызга.
На рисунке ниже показаны фрагменты ремонтных участков трубопровода до и после нанесения защитного цементно-песчаного покрытия, которые ярко иллюстрируют существенную разницу состояния внутренней поверхности труб, что обусловливает соответствующие коэффициенты шероховатости.
Для проведения ремонтно-восстановительных работ по нанесению цементно-песчаных покрытий в качестве исходных материалов необходимо использовать портландцемент марки М500 (ГОСТ 10178-85) и мелкозернистый кварцевый песок (ГОСТ 8736-93 и ТУ 39-1554-91).
Устройство для центробежного набрызга цементно-песчаного раствора без доступа человека
Минимальная толщина защитного слоя зависит от диаметра и материала труб, а требуемая — от возраста труб, толщины их стенок и физического состояния (износа). Выбранная толщина защитного слоя достигается определенной скоростью передвижения агрегата (метательной головки) в трубе при постоянных значениях производительности насоса, подающего цементный раствор, и скорости вращения метательной головки.
Используя стандартную номограмму (рисунок), можно установить, с какой скоростью должен перемещаться агрегат в трубе соответствующего диаметра при установленной производительности растворонасоса и обеспечении требуемой толщины слоя. Так, согласно номограмме для обеспечения толщины слоя цементно-песчаного покрытия 5 мм в трубопроводе диаметром 500 мм при установленной проектом производительности насоса 43,25 кг/мин требуется скорость передвижения агрегата 2,02 м/мин.
Ремонтный участок до (а) и после (б) санации цементно-песчаным покрытием
а)
б)
Номограмма для определения скорости движения метательной головки внутри трубопровода
Метод нанесения цементно-песчаных покрытий используется при любой глубине залегания труб (в грунте или непроходных каналах) и не зависит от типа грунтов, окружающих трубопровод. Он целесообразен при таких видах повреждений, как коррозионные обрастания, абразивный износ, и неэффективен при раскрытых стыках труб, смещении труб в стыках и деформации секций труб.
Внутренняя поверхность трубопровода перед санацией должна быть очищена. Допускается на поверхности стальных труб слой плотной ржавчины толщиной не более 0,05 мм (измеряется магнитным толщиномером). Наличие воды в трубопроводе не допускается.
Предельные отклонения размеров стальных труб, подлежащих восстановлению цементно-песчаным покрытием, не должны превышать величины, указанные в нормативных документах (ГОСТ 8731-74, 8732-78, 8696-74, 10704-91, 10706-76). Эллиптичность труб не должна превышать 0,5% диаметра, а поражение коррозией допускается не свыше 10% толщины стенки трубы.
Требуемая толщина слоя цементно-песчаного покрытия для стальных труб должна соответствовать техническим условиям, согласованным с заказчиком (эксплуатирующей сети организацией) в установленном порядке (например, на объектах Москвы — с МГУП «Мосводоканал» по ТУ-5745-001-16341648). Минимальные значения толщины слоя в зависимости от диаметра трубопровода указаны в табл. 1
Минимальная толщина защитного слоя с допусками
|
Диаметр трубы, мм |
Минимальная толщина слоя, мм |
Допуск по толщине слоя, мм |
|
76 |
4 |
+2 |
|
89 |
4 |
+2 |
|
102 |
4 |
+2 |
|
108 |
4 |
+2 |
|
114 |
4 |
+2 |
|
133 |
4 |
+2 |
|
159 |
5 |
+2 |
|
219 |
5 |
+2 |
|
273 |
5 |
+2 |
|
325 |
6 |
+2 |
|
377 |
6 |
+2 |
|
426 |
7 |
+2 |
|
630 |
7 |
+2 |
|
630 |
7 |
+2 |
|
720 |
7 |
+2 |
|
820 |
9 |
+2 |
|
920 |
10 |
+2 |
|
1020 |
11 |
+2 |
|
1220 |
12 |
+2 |
|
1420 |
12 |
+2 |
|
1620 |
14 |
+2 |
|
2020 |
16 |
+2 |
Указанные в таблице выше допуски по толщине слоя соответствуют гладкому и прямому трубопроводу; над сварными швами толщина слоя может уменьшаться (до 3 мм). На концах труб допускается уменьшение толщины изоляции до 50%, на торцах участка — не более 50 мм.
Работы по нанесению цементно-песчаных покрытий должны включать проведение подготовительных технических мероприятий, а также подготовку и приготовление компонентов смеси. В состав подготовительных работ входят следующие операции:
- раскопка двух котлованов (стартового и финишного) с вырезкой лазов (при необходимости) или использованием колодцев со снятием гидрантов, фасонных частей и установкой (снятием) заглушек; технологические операции должны заканчиваться обязательным водоотливом (откачкой воды из трубопровода);
- определение протяженности технологических захваток, которая диктуется длиной стандартных рабочих тросов и рукавов (подача раствора и воздуха), а также техническими характеристиками растворонасоса и не зависит от диаметра трубопровода.
В случае непреодолимых для прохождения прочистными снарядами и облицовочными агрегатами препятствий (вертикальные подъемы и спуски, повороты трассы по горизонтали и вертикали, а также свищевые клинья, болты и т.д.) необходимо дополнительное вскрытие трубопроводов (устройство лазов) независимо от расположения колодцев в пределах установленной ранее технологической захватки и замена труб предварительно облицованными элементами, в том числе фасонными частями. Нанесение защитных покрытий в труднодоступных местах должно производиться вручную на месте или в стационарных условиях с последующей перекладкой труб. Возможны и другие методы устранения препятствий, возникающих при облицовке трубопроводов.
Стандартная технология подготовки компонентов смеси должна включать операции просеивания песка и цемента через сито и затаривания в специальные емкости с плотно закрывающимися крышками, предотвращающими воздействие влаги и загрязнение посторонними примесями (для цемента согласно ГОСТ 22237-85).
Портландцемент (вяжущее) должен отвечать следующим требованиям: не содержать комков и химических добавок, иметь густоту цементного теста не более 27% и период схватывания не ранее 60 минут.
Удельная эффективная активность радионуклидов должна соответствовать 1-му классу (менее 370 Бк/кг) по ГОСТ 30108-94. Не допускается смешивание цементов разных партий и марок, а также использование вяжущего со сроком хранения более 60 суток со дня отгрузки заводом-изготовителем. Возможно наличие в составе вяжущего сертифицированных тонкомолотых минеральных добавок (до 10% массы цемента) для повышения физико-химических характеристик покрытия (водонепроницаемости и стойкости к вспучиванию).
Используемый для приготовления смеси песок должен иметь крупность зерен не более 1 мм; фракции с размером зерен 0,315-0,63 мм должны составлять не менее 70% массы песка, а фракции размером до 0,315 мм — менее 3%. Содержание глинистых, илистых и пылевидных частиц не должно превышать 3% (по массе), удельная эффективная активность радионуклидов должна соответствовать 1-му классу.
Используемая вода должна соответствовать ГОСТ 23732-79 и иметь температуру от +10 до +30°С, а оптимальное соотношение твердых компонентов цемента на песчанной смеси должно быть в пределах: по объему — от 1 : 1 до 1 : 1,2 и по массе — от 1:1,115до 1:1,338. При этом водоцементное отношение должно составлять 0,3—0,36.
Подготовленная к нанесению на внутреннюю поверхность трубопровода цементно-песчаная смесь должна быть хорошо перемешана и однородна. Ее подвижность в течение всего времени использования должна быть в диапазоне 6,5—9 (по глубине погружения конуса согласно ГОСТ 5802-86). Перед нанесением на трубопровод цементно-песчаная смесь должна иметь температуру от + 10 до +25°С.
Работы по нанесению цементно-песчаных покрытий не производятся при установившейся среднесуточной температуре наружного воздуха менее 5°С.
Нанесенные цементно-песчаные покрытия должны соответствовать следующим основным требованиям:
- покрытие должно быть сплошным, поверхность заглаженной (допускаются борозды или гребни с отклонением по глубине до 1 мм при выполнении требований по толщине слоя);
- набор прочности цементно-песчаного покрытия до 70% должен проходить при температуре покрытия от +5 до +30°С и влажности 90—100%;
- покрытие на любом участке санированного трубопровода должно иметь среднюю плотность не менее 2200 кг/м3 и прочность на сжатие в возрасте 3 суток — 30 МПа (70% R28), 7 суток — 35 МПа (80% R28) и 28 суток — 45 МПа (100% R 28 по ГОСТ 26633-91 и СНиП 82-02-95).
Непосредственно после санации трубопровода должны производиться маркировка и регистрация выполненных работ по техническим условиям, согласованным с заказчиком (эксплуатирующей организацией) в установленном порядке. После маркировки для равномерного схватывания цемента по всей длине трубопровода он должен подвергаться герметизации в пределах захвати путем плотной заделки обоих мест вскрытия полиэтиленовой пленкой. Перед сдачей санированного трубопровода в эксплуатацию производятся его промывка и дезинфекция.
Восстановленный трубопровод должен быть принят эксплуатирующими организациями путем проверки соответствия покрытия требованиям ТУ-5745-001-16341648 (для Москвы). Данными техническими условиями регламентируются также вопросы безопасности производства работ и охраны окружающей среды.
К достоинству метода нанесения цементно-песчаных покрытий можно отнести относительную простоту технического исполнения и низкую стоимость ремонтных работ, которая составляет около 30% стоимости нового строительства. Тонкая и гладкая поверхность облицовки после ее затирки обеспечивает снижение гидравлического сопротивления и потерь напора в трубопроводах при незначительном уменьшении его внутреннего диаметра. После нанесения цементно-песчаного раствора трубопровод может быть пущен в эксплуатацию через 3—5 суток, т.е. технологический цикл процесса является относительно продолжительным. Покрытие сохраняется стабильным в течение 50 лет эксплуатации.
Контроль качества санации при нанесении цементно-песчаных покрытий состоит из контроля качества внутренней защитной изоляции и проведения приемо-сдаточных испытаний. Как правило, он включает:
- визуальный осмотр (при диаметре трубопровода более 900 мм) и телеинспекцию с помощью видеокамер (при диаметре трубопровода менее 800 мм), позволяющие выделить усадочные трещины, отслоения облицовок, вздутие, пустоты и другие дефекты, подлежащие ликвидации ручным или механизированным способом с повторным нанесением покрытия;
- измерение толщины защитного слоя путем использования механического способа — прокола специальным щупом в виде пластины размером 100 х 5 х 0,8 мм неотвердевшего покрытия или ультразвуковых и электромагнитных толщиномеров (допускаемая погрешность + 10%); покрытие должно быть сплошным и гладким, на поверхности допускаются продольные борозды (гребни) глубиной (высотой) не более 1 мм, образованные заглаживающим устройством;
- измерение механической прочности покрытия (через 72 часа после нанесения раствора); прочность образца (кубика) на сжатие (или на изгиб) должна составлять не менее 22,5 МПа; проверка прочностных свойств должна производиться как минимум однократно при каждом нанесении покрытия;
- гидравлические испытания, т.е. натурные измерения расхода воды и давления (в том числе для определения истинного значения коэффициента гидравлического трения).
После описанных операций трубопровод принимается в эксплуатацию.
В заключение необходимо отметить, что со временем свойства защитного покрытия не только не ухудшаются, но и улучшаются. Транспортируемая по санированному трубопроводу питьевая вода постепенно преобразует гидрооксид кальция, присутствующий в свеженанесенной облицовке, в гидрокарбонат кальция. В результате с течением времени на границе раздела слоя цементнопесчаного покрытия и воды остается все меньше пор и борозд и оно становится более плотным. Таким образом, транспортируемая вода контактирует с плотным, похожим на камень минеральным материалом, что обеспечивает ее стабильные гигиенические и бактерицидные свойства