СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ДЕТАЛЬ ТРУБОПРОВОДА С НАРУЖНЫМ УТЯЖЕЛЯЮЩИМ БЕТОННЫМ ПОКРЫТИЕМ
CONNECTING PART OF THE PIPELINE WITH AN EXTERNAL WEIGHTING CONCRETE COATING

Изобретение относится к области строительства и ремонта трубопроводов, а именно к соединительным деталям трубопроводов с нанесенным наружным утяжеляющим бетонным покрытием, с системами мониторинга, предназначенным для строительства, ремонта и реконструкции подводных переходов трубопроводов, переходов через болота, укладки на обводненных участках местности и морских участках трубопроводов, а также при подземной, наземной или надземной прокладке трубопроводов в сезонно-мерзлых и слабонесущих грунтах.
Широко известно применение стальных отводов при прокладке трубопроводов.
Известна труба с балластным покрытием (патент на полезную модель РФ №93487), содержащая центральную трубу, оболочку, установленную соосно центральной трубе с образованием кольцевого пространства, имеющую внутренний диаметр, больший, чем наружный диаметр центральной трубы, опорно-направляющее устройство, состоящее из центраторов, распределенных и закрепленных на наружной поверхности центральной трубы, и балластного материала, отличающаяся тем, что внутри балластного материала расположен арматурный каркас с фиксаторами, удерживающими арматурный каркас на центральной трубе, при этом арматурный каркас имеет, по меньшей мере, четыре продольные арматуры, на которые навита по спирали с равным шагом поперечная арматура, соединение продольной и поперечной арматуры осуществлено с помощью вязальной проволоки и/или сварки, а в качестве балластного материала использован тяжелый или особо тяжелый бетон.
Наличие несъемной опалубки не позволяет производить контроль дефектов наружного покрытия трубы.
Задача настоящего изобретения заключается в создании надежной в эксплуатации соединительной детали трубопровода с наружным утяжеляющим бетонным покрытием.
Технический результат заявляемого изобретения выражается в увеличении срока службы трубопровода за счет увеличения стойкости наружного утяжеляющего бетонного покрытия к агрессивным средам, обеспечении равномерной балластировки трубопровода с установленными соединительными деталями и расширении области применения соединительных деталей трубопровода.
Заявляемый технический результат достигается за счет применения тяжелых железорудных компонентов, цементов с пониженным содержанием щелочей меньше 0,6, трехкальциевого алюмината С3А меньше 8% и низкого водоцементного соотношения В/Ц меньше 0,4 в составе бетонной смеси для формирования НУБП.
3
3
Соединительная деталь трубопровода с наружным утяжеляющим бетонным покрытием состоит из отвода, изготовленного из стальной трубы с изоляционным покрытием или с наружным теплоизоляционным покрытием в полимерной или металополимерной оболочке, и наружного бетонного покрытия, состоящего из бетонной смеси с плотностью от 1900 кг/м до 3400 кг/м, нанесенного методом заливки в съемную опалубку, представляющего собой монолитную железобетонную конструкцию, армированную каркасом из стальных элементов с пластиковыми фиксаторами, установленными между изоляционным покрытием отвода или полимерной/металлополимерной оболочкой теплоизоляционного покрытия отвода и арматурным каркасом.
Изобретение поясняется чертежом. Позициями на чертеже обозначены:
1 - Соединительная деталь трубопровода (отвод) с защитным изоляционным покрытием или с наружным теплоизоляционным покрытием в полимерной/металополимерной оболочке,
2 - Наружное утяжеляющее бетонное покрытие,
3 - Арматурный каркас,
4 - Пластиковые фиксаторы.
Соединительная деталь трубопровода с наружным утяжеляющим бетонным покрытием представляет собой коаксиально расположенные: отвод, изготовленный из стальной электросварной прямошовной или бесшовной трубы с изоляционным покрытием и/или наружным теплоизоляционным покрытием в полимерной/металлополимерной оболочке, и наружное утяжеляющее бетонное покрытие, нанесенное методом заливки в съемную опалубку.
Наружное утяжеляющее бетонное покрытие представляет собой монолитную железобетонную конструкцию, армированную каркасом из стальных стержней или стальной оцинкованной сеткой.
Коаксиальность арматурного каркаса по отношению к отводу обеспечивается пластиковыми фиксаторами, устанавливаемыми между изоляционным покрытием отвода или наружной полимерной/металлополимерной оболочкой теплоизоляционного покрытия отвода и арматурным каркасом.
Среднее процентное отношение площади поперечного сечения армирующего элемента к площади бетона в продольном сечении определяют по формуле:
где:
арм
S - площадь поперечного сечения кольцевой арматуры,
бет
S - площадь поперечного сечения бетона,
пр
d - диаметр проволоки,
D - диаметр отвода с наружным утяжеляющим покрытием,
тр
d - диаметр трубы с изоляционным покрытием или теплоизоляционным покрытием в полимерной/металлополимерной оболочке,
k - количество стержней проволок в сечении.
кольц
Среднее процентное отношение площади поперечного сечения армирующего элемента к площади бетона в кольцевом сечении отвода определяют как среднее арифметическое S по двум торцевым сечениям наружного утяжеляющего бетонного покрытия.
Процентное отношение площади поперечного сечения армирующего элемента к площади бетона в кольцевом сечении определяют по формуле:
где:
арм
S - площадь поперечного сечения продольной арматуры,
бет
S - площадь поперечного сечения бетона,
пр
d - диаметр проволоки,
n - количество проволок в кольцевом сечении,
Н - толщина наружного утяжеляющего бетонного покрытия,
L - длина сечения наружного утяжеляющего бетонного покрытия.
прод
Среднее процентное отношение площади поперечного сечения армирующего элемента площади бетона, совпадающей с продольной осью трубы определяют как среднее арифметическое S по двум продольным сечениям наружного утяжеляющего бетонного покрытия длиной 1 м.
Для приготовления бетонной смеси используют: цемент, заполнители, воду и пластифицирующую добавку.
В качестве цемента для приготовления бетона для соединительной детали трубопроводов с наружным утяжеляющим бетонным покрытием могут быть использованы цементы по ГОСТ 10178 и ГОСТ 31108, а также цементы аналогичных марок.
В качестве заполнителей:
- песок, смеси природных песков и песков из отсевов дробления по свойствам не ниже ГОСТ 8736;
- материалы строительные нерудные из отсевов дробления плотных горных пород по свойствам не ниже ГОСТ 31424;
- руды железные товарные необогащенные ГОСТ Р 52939;
- гравий, дробленый гравий, щебень из плотных горных пород для строительных работ по свойствам не ниже ГОСТ 8267;
- щебень и песок из шлаков цветной и черной металлургии для бетонов по свойствам не ниже ГОСТ 5578, а также их комбинации;
- концентрат баритовый по свойствам не ниже ГОСТ 4682;
- или их комбинации с характеристиками не ниже приведенных.
Для улучшения свойств бетона и уменьшения водопотребности бетонной смеси следует применять химические добавки по ГОСТ 24211.
Бетонная смесь состоит из цемента, заполнителей, воды и пластифицирующей добавки.
Заданные прочностные характеристики и стойкость наружного утяжеляющего бетонного покрытия к агрессивным средам достигается за счет применения тяжелых железорудных компонентов в составе бетонной смеси, цементов с пониженным содержанием щелочей меньше 0,6, трехкальциевого алюмината С3А меньше 8% и низкого водоцементного соотношения В/Ц меньше 0,4 в составе бетонной смеси для формирования наружного утяжеляющего бетонного покрытия.
3
3
Вид и соотношение заполнителя зависит от требуемой плотности бетонной смеси. Для бетонных смесей расчетной плотностью до 2500 кг/м (тяжелый бетон) применяют стандартные заполнители и их комбинации: гравий, дробленый гравий, щебень из плотных горных пород для строительных работ по свойствам не хуже ГОСТ 8267, песок, смеси природных песков и песков из отсевов дробления по свойствам не хуже ГОСТ 8736, материалы строительные нерудные из отсевов дробления плотных горных пород по свойствам не хуже ГОСТ 31424. Для бетонных смесей на специальных заполнителях, а также для бетонных смесей расчетной плотностью более 2500 кг/м (особо тяжелый бетон), в качестве заполнителей применяют следующие материалы и их комбинации: руды железные товарные необогащенные ГОСТ Р 52939, щебень и песок из шлаков цветной и черной металлургии для бетонов по свойствам не хуже ГОСТ 5578, концентрат баритовый по свойствам не хуже ГОСТ 4682, гравий, дробленый гравий, щебень из плотных горных пород для строительных работ по свойствам не хуже ГОСТ 8267
В конструкцию соединительной детали трубопровода с наружным утяжеляющим бетонным покрытием могут входить системы мониторинга, например, кабели, датчики. Для установки систем мониторинга предусмотрена прокладка кабель-канала. Кабель-канал устанавливается непосредственно под арматурным каркасом и закрепляется спиральным или продольным проволочным каркасом.
Заявляемая конструкция соединительной детали трубопровода обеспечивает равномерную балластировку трубопровода с наружным утяжеляющим бетонным покрытием.
За счет снижения деформационных воздействий на стальной отвод благодаря нанесенному наружному утяжеляющему бетонному покрытию с установленными прочностными характеристиками бетона увеличивается срок служб соединительной детали трубопровода с наружным утяжеляющим бетонным покрытием.
Также увеличение срока службы достигается за счет увеличения коррозионной стойкости стального отвода за счет исключения прямого взаимодействия с агрессивной внешней средой в условиях уложенного трубопровода, за счет компенсации внутренних эксплуатационных напряжений стального отвода при помощи наружного утяжеляющего бетонного покрытия, армированного стальным металлическим каркасом или стальной оцинкованной сеткой.
За счет увеличения прочностных характеристик, морозостойкости, химической стойкости соединительных деталей трубопровода с наружным утяжеляющим бетонным покрытием по сравнению с эксплуатационными характеристиками стальных отводов достигается расширение области применения отводов при прокладке трубопроводов на участках, подверженных рискам механического, климатического и природного воздействий.
За счет применения тяжелых железнорудных компонентов в составе бетонной смеси, цементов с пониженным содержанием щелочей меньше 0,6 и трехкальциевого алюмината С3А меньше 8% и низкого водоцементного соотношения В/Ц меньше 0,4 в составе бетонной смеси для формирования наружного утяжеляющего бетонного покрытия обеспечивается высокая плотность бетона для формирования наружного утяжеляющего бетонного покрытия, необходимых прочностных характеристик и стойкости к агрессивным средам.