ДЛИННОМЕРНЫЙ СТАЛЕБЕТОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Техническое решение относится к области сталебетонных изделий и конструкций, используемых в различных областях техники, в которых внешний армированный металлическим каркасом бетонный слой используется в качестве защитного и утяжеляющего конструкцию покрытия.
Известен длинномерный трубобетонный элемент, содержащий бетонное ядро и арматуру в виде замкнутой наружной оболочки, имеющей радиальные отверстия, при этом оболочка выполнена в виде стальной трубы по всей длине элемента и снабжена внешним защитным покрытием, выполненным с возможностью предотвращения выхода бетона из отверстий оболочки при бетонировании ядра (RU №2641142, 16.01.2018).
Известно изделие в виде обетонированной трубы, содержащей проводящую трубу с установленным на ней арматурным каркасом и бетонным покрытием, причем арматурный каркас выполнен в виде продольных металлических стержней, на которые навита по спирали с равным шагом металлическая лента, при этом для получения бетонного покрытия использован полимерцементный раствор, содержащий в составе жидкости затворения 20%-ный раствор эпоксидной смолы в триэтиленгликоле при полимерцементном отношении П/Ц=0,01-0,2 (RU №181067 U1, 04.07.2018).
Наиболее близким из известных является труба с наружным утяжеляющим (балластным) бетонным покрытием, представляющая собой стальную электросварную трубу с нанесенным в заводских условиях противокоррозионным изоляционным покрытием и балластным бетонным покрытием. Заводское обетонирование осуществлено методом «набрызга», а именно - непрерывным набрасыванием бетонной смеси на продольно перемещающуюся и вращающуюся трубу с антикоррозионным покрытием и установленным на ней металлическим арматурным каркасом, в бетонном слое выше которого размещена укрепляющая нанесенный бетон металлическая сетка (http://www.gazpromss.ru/production/ballast_unit/encased_concrete_pipe/98/, 2018 г.).
Недостатками известных конструкций является возможность нарушения целостности за счет напряжений, вызывающих растрескивание и отслоение составляющих обетонирование конструкции слоев при деформациях изгиба, как в процессе ее транспортировки, так и в процессе укладки.
Задачей настоящего технического решения является создание длинномерного сталебетонного элемента (обетонированной металлической трубы), обеспечивающего на различных этапах транспортирования и укладки сохранение целостности нанесенного обетонирования, в том числе и его поверхностного слоя.
Технический результат заключается в уменьшении величины напряжений, возникающих в процессе транспортировки и укладки в обетонированном длинномерном сталебетонном элементе при его изгибе, в том числе и знакопеременном, и, как следствие - предотвращении разрушения поверхностного слоя бетона за счет армирования его волокнистой структурой используемого полимерного шпагата.
Достигается это тем, что длинномерный сталебетонный элемент в виде стальной трубы с закрепленным с зазором относительно ее поверхности спирально витым с продольными стержнями арматурным каркасом и нанесенным посредством набрызга слоем бетона, - содержит непрерывно и с натяжением навитый по его длине и расположенный в бетоне между арматурным каркасом и наружной поверхностью бетона крученый шпагат из полимерного волокнистого материала. При этом навивка шпагата может быть выполнена несколькими нитями с шагом между ними 140-190 мм, поданными с их натяжением в зону набрызга бетонной смеси. При этом армирование торца слоя бетона выполнено шпагатом, нанесенным в три слоя одной нитью или путем выделения без ее разрыва, по крайней мере, одной нити из наносимых 4-6. При этом предпочтительно использован шпагат полипропиленовый с разрывной нагрузкой не менее 55 кгс и диаметром не менее 2,5 мм, с разрывной нагрузкой 98 кгс и с количеством кручений на метр 29-30. При этом концы шпагата полипропиленового зафиксированы на арматурном каркасе в начальной и в концевой частях бетонного слоя, нанесенного на длинномерный сталебетонный элемент.
Причинно-следственная связь признаков с указанным техническим результатом заключается в том, что бетонная смесь в процессе нанесения ее набрызгом (метанием) на наружную поверхность обетонируемой трубы удерживается не только спирально витым арматурным каркасом с продольными стержнями, но и прижимается (за счет натяжения) с дополнительным ее уплотнением, подаваемым в зону набрызга бетонной смеси шпагатом из нитевидного полимерного материала, например полипропилена, стойкого к воздействию агрессивной среды, например, щелочной, кислотной. Шпагат, таким образом, размещается в обетонированной трубе в бетоне между арматурным каркасом и поверхностным слоем, а волокнистая структура шпагата обеспечивает связь слоев бетона со стороны арматурного каркаса и поверхностного слоя. Такая структура, даже если допустить некоторое растрескивание поверхностного бетонного слоя, будет надежно связывать слои между собой, не допуская разрушения нанесенного на трубу бетонного покрытия. За счет стойкости полипропилена к воздействию агрессивной среды обеспечивается повышенный срок эксплуатации обетонированной таким образом трубы. Нанесение бетонной смеси набрызгом позволяет внедрить составляющие ее компоненты в структуру подаваемого в зону набрызга шпагата, образуя неразрывную и имеющую упругие свойства связь, предотвращающую разрушение слоев бетона. Выполнение навивки шпагата несколькими нитями и с шагом между ними 140-190 мм усиливает технический результат, поскольку нити образуют структуру в зоне набрызга, удерживающую от отскока наносимую смесь, проникающую через образованное указанным шагом нитей. При уменьшении величины шага увеличивается процент отскока наносимой бетонной смеси, что приводит к снижению прочности покрытия (уменьшению воспринимаемых напряжений), а увеличение шага приводит к уменьшению (на единицу площади поверхности) количества бетонной смеси, непосредственно взаимодействующей с волокнистой структурой, что также снижает прочностные показатели. Оптимальным принято от 4 до 6 нитей, образующих с указанным шагом структуру, проницаемую для подаваемой набрызгом бетонной смеси. Для усиления (повышения прочности за счет снижения напряжений) критических зон элемента - его торцов, армирование торца слоя бетона выполнено шпагатом, нанесенным в три слоя одной нитью или путем выделения без ее разрыва, по крайней мере, одной нити из наносимых 4-6. Концы шпагата для обеспечения возможности его натяжения, зафиксированы на арматурном каркасе в начальной и в концевой частях бетонного слоя, нанесенного на длинномерный сталебетонный элемент. Предпочтительно использовать шпагат полипропиленовый с разрывной нагрузкой не менее 55 кгс и диаметром не менее 2,5 мм, с разрывной нагрузкой 98 кгс и с количеством кручений на метр 29-30. Такое сочетание параметров шпагата выбрано в качестве примера для нанесения на стальные прямошовные трубы различных диаметров из условия достижения указанного технического результата.
На фиг. 1 представлен спирально витой с продольными стержнями арматурный каркас, используемый в длинномерном сталебетонном элементе.
На фиг. 2 - вид А на фиг. 1, сварное соединение продольно витой арматуры каркаса с продольными арматурными стержнями.
На фиг. 3 - фото прототипа - длинномерного сталебетонного элемента с армирующей сеткой, не обеспечивающей необходимого достижения технического результата.
На фиг. 4 - фото готового длинномерного сталебетонного элемента.
Длинномерный сталебетонный элемент выполнен в виде стальной трубы с закрепленным с зазором относительно ее поверхности спирально витым 1 с шагом «h» (фиг. 1) с продольными стержнями 2 арматурным каркасом, на который нанесен посредством набрызга бетонной смеси слой бетона. На нанесенную на поверхность трубы и арматурный каркас непрерывно и с натяжением навит крученый шпагат (например, по ГОСТ 17308) из полимерного нитевидного волокнистого материала с расположением в бетоне между арматурным каркасом и наружной поверхностью бетона. При этом навивка шпагата образована несколькими нитями с шагом между ними 140-190 мм. Нити шпагата поданы с их натяжением в зону набрызга бетонной смеси. А армирование торца слоя бетона выполнено шпагатом, нанесенным в три слоя одной нитью или путем выделения без ее разрыва, по крайней мере, одной нити из наносимых 4-6. При этом, предпочтительно использован шпагат полипропиленовый с разрывной нагрузкой не менее 55 кгс и диаметром не менее 2,5 мм, с разрывной нагрузкой 98 кгс и с количеством кручений на метр 29-30, что обеспечивает требуемое расположение в пространстве его волокон, непосредственно заанкеренных в бетоне. Концы шпагата полипропиленового, для обеспечения возможности его натяжения, зафиксированы на арматурном каркасе в начальной и в концевой частях бетонного слоя, нанесенного на длинномерный сталебетонный элемент. Изготовление длинномерного сталебетонного элемента может быть реализовано с помощью модернизированного оборудования фирмы Bauhuis (https://bauhuis.com/pipe-coating-solutions/concrete-weight-pipe-coating/,2018) включающего установку для нанесения бетонной смеси набрызгом на поверхность вращающейся металлической трубы, на которой предварительно с зазором относительно ее поверхности смонтирован арматурный каркас.