Теплогидроизолированная труба с бетонным покрытием

Полезная модель относится к трубопроводной технике, а именно к трубам с бетонным покрытием, используемым при прокладке трубопроводов по дну водоемов, в заболоченной местности в сейсмоопасных районах, а также в случаях, когда требуется повышенная защита трубопровода.
Из патента РФ на полезную модель №181066 (приор.19.12.2017, опубл.: 04.07.2018) известна обетонированная труба, содержащая проводящую трубу, арматурный каркас и бетонное покрытие. Причем она содержит дополнительную трубу, расположенную соосно проводящей трубе. Между проводящей и дополнительной трубами находится теплоизоляционный материал. При этом арматурный каркас с бетонным покрытием расположены на дополнительной трубе. Арматурный каркас выполнен в виде продольных металлических стержней, на которые навита по спирали с равным шагом металлическая лента, а 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.
Недостатком известного решения является необходимость использования дополнительных специальных компонентов в бетонной смеси, что удорожает готовое изделие. Также предложенную в патенте №181066 обетонированную трубу возможно изготовить только методом нагнетания бетонного раствора в опалубку.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является патент РФ на полезную модель №99582 (приор. 23.04.2010, опубл. 20.11.2010) принятый в качестве прототипа. В этом патенте описана труба с балластным покрытием, состоящая из центральной трубы и балластного материала. При этом между центральной трубой и балластным материалом нанесен слой пенополиуретана. Внутри балластного материала расположен каркас с фиксаторами, удерживающими каркас на слое пенополиуретана. В качестве балластного материала использована бетонная смесь с подвижностью от 10 до 14 см по Конусу Абрамса КА путем нанесения ее набрызгом с последующей прикаткой валками.
Недостатком технического решения, примененного в прототипе, является значительный наружный диаметр и неравномерно распределенный вес трубной конструкции, обусловленный нанесением балластной бетонной смеси повышенной плотности и подвижности, что связано с непосредственным назначением изделия - установкой в местах водных переходов. При этом повышенный вес трубы и ее размеры создают дополнительные трудности при транспортировки трубы до места складирования и строительства трубопровода.
Задачей, решаемой предложенной полезной моделью, является создание конструкции теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием повышенной прочности, в частности для сохранения заданных технических параметров конструкции - защиты слоя тепловой изоляции от доступа влаги из-за повреждений гидроизоляционного слоя, с весовыми и геометрическими характеристиками, пригодными для транспортировки, складирования и строительства  в сложных климатических условия при строительстве, включая объекты арктических нефтегазовых сооружений.
Техническим результатом, который достигается в заявленной полезной модели, является гарантирование заданной прочности и геометрии наружного бетонного покрытия, что позволяет получить надежную защиту теплогидроизоляционного слоя трубы от внешних разнонаправленных механических воздействий.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что теплогидроизолированная труба с бетонным покрытием содержит центральную трубу, проводящую вещество в газообразном или жидком состоянии, первый кольцевой слой теплоизоляции в гидрозащитной оболочке, размещенный соосно центральной трубе на ее внешней поверхности, второй кольцевой слой бетонного покрытия, размещенный на поверхности гидрозащитной оболочки тепловой изоляции соосно центральной трубе, и армирующий каркас кольцевого слоя бетонного покрытия. Причем армирующий каркас бетонного покрытия установлен на центраторы, которые распределены и закреплены на наружной поверхности оболочки кольцевого слоя тепловой изоляции. Армирующий каркас имеет, по меньшей мере, три продольных элемента арматуры, с которыми соединены элементы поперечной арматуры. Расстояние между соседними элементами поперечной арматуры не менее 40 мм. Сами элементы арматуры имеют диаметр не менее 3 мм. Слой бетонного покрытия нанесен набрызгом.
В частном случае первый кольцевой слой тепловой изоляции состоит из металлополимерной гидрозащитной оболочки заполненной тепловой изоляцией.
В частном случае первый кольцевой слой тепловой изоляции состоит из полимерной гидрозащитной оболочки заполненной тепловой изоляцией.
Армирующий каркас может быть выполнен из металла. Также армирующий каркас может быть выполнен из неметаллических материалов.
В частном случае поперечная арматура может быть выполнена методом спиральной навивки. Также поперечная арматура может быть выполнена методом кольцевой навивки.
Также в качестве армирующего каркаса может быть использована сетка.
Крупные и мелкие фракции бетонного покрытия могут быть изготовлены из щебня, руды или камня. При этом размер фракций бетонного покрытия не может превышать размера  шага спиральной навивки поперечной арматуры.
В частном случае армирующая сетка каркаса может быть изготовлена из неметаллических материалов.
Материал центраторов армирующего каркаса может быть полимерным, деревянным, бетонным или металлическим.
Предпочтительно, чтобы после нанесения слоя бетонного покрытия осуществлялось корректировка поверхности бетона механическим способом для придания ровной цилиндрической поверхности.
То, что армирующий каркас слоя бетонного покрытия установлен на центраторы, которые распределены и закреплены на наружной поверхности кольцевого слоя тепловой изоляции, позволяет разместить армирующий каркас внутри нанесенного слоя бетонного покрытия ближе к средней зоне, обеспечивая максимальную прочность самого бетонного покрытия. Установка армирующего каркаса слоя бетонного покрытия на центраторы также позволяет выполнить слой бетонного покрытия строго коаксиально проводящей трубе, что обеспечивает одинаковую толщину бетона по всей длине конструкции. Это дает возможность минимизировать толщину слоя бетонного покрытия и избежать контакта арматурного каркаса с кольцевым слоем тепловой изоляции для исключения нарушения гидроизоляции гидрозащитной оболочки теплового слоя и дисбаланса при использовании конструкции, например при транспортировке, хранении и строительстве.
Также наличие центраторов, распределенных и закрепленных на наружной поверхности кольцевого слоя тепловой изоляции, позволяют избежать деформацию армирующего каркаса при формировании слоя бетонного покрытия методом набрызга.
Центраторы, прочно закрепленные на поверхности первого кольцевого слоя тепловой изоляции и при этом заделанные в армированный слой бетонного покрытия, также служат якорными элементами, увеличивающими сопротивление сдвигу слоя бетонного покрытия относительно слоя тепловой изоляции, например при укладке труб методом протаскивания по поверхности или при горизонтально направленном бурении.
Таким образом предложенная в полезной модели конструкция теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием, сформированным на армирующем каркасе, установленном на центраторах, позволяет исключить возможное отклонение армирующего каркаса слоя бетонного покрытия от проектного положения, что гарантирует заданную прочность и позволяет минимизировать толщину слоя бетонного покрытия.
При этом конструкция армирующего каркаса может иметь по меньшей мере, три продольных элемента арматуры, с которыми соединены элементы поперечной арматуры диаметром не менее 3 мм, расположенные с расстоянием между соседними элементами не менее 40 мм. Предложенные в полезной модели конструкционные элементы позволяют уменьшить общий вес теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием. При этом сохраняется возможность наносить бетонное покрытие с размером крупных фракций не более размера шага навивки армирующего каркаса методом набрызга, гарантируя постоянство положения армирующего каркаса внутри бетонного слоя покрытия без образования пустот и неровностей внешнего слоя покрытия.
В качестве армирующего каркаса может использоваться сетка, также установленная на центраторы, которые распределены и закреплены на наружной поверхности кольцевого слоя оболочки тепловой изоляции. При этом армирующая сетка каркаса может быть изготовлена из неметаллических материалов.
Материал центраторов армирующего каркаса может быть полимерным, деревянным, бетонным или металлическим.
В последующем заявляемое техническое решение поясняется подробным описанием конкретного, но не ограничивающего настоящее решение, примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 - продольный разрез теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием;
фиг. 2 - поперечный разрез теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием;
фиг. 3 - примеры вариантов выполнения центраторов.
Теплогидроизолированная труба с бетонным покрытием, представленная на фиг. 1 и 2 состоит из центральной трубы 1 для транспортировки жидкости или газа, на которую нанесен кольцевой слой 2 теплоизоляции в гидрозащитной оболочке 7. В конкретном примере это слой пенополиуретана. На гидрозащитной оболочке 7 кольцевого слоя 2 тепловой изоляции выполнен кольцевой слой 3 бетонного покрытия. Кольцевой слой 3 бетонного покрытия снабжен армирующим каркасом 4.
Армирующий каркас 4 может быть выполнен из арматуры, расположенной продольно и поперечно. При этом поперечно установленная арматура выполнена в виде спиральной навивки с шагом не менее 40 мм. Продольно и поперечно расположенная арматура может быть соединена между собой вязальной проволокой или сваркой.
Арматура армирующего каркаса 4 может быть как металлическая, так и неметаллическая.
Другим вариантом выполнения армирующего каркаса 4 может быть сетка с ячейками не менее 40х40 мм. Причем сетка может быть как металлическая, так и может быть выполнена из неметаллического материала.
В любом случае, согласно представленной полезной модели, армирующий каркас 4 установлен на центраторы 5.
Центраторы 5 установлены и надежно закреплены на гидрозащитной оболочке 7 кольцевого слоя 2 тепловой изоляции. После этого на центраторы 5 устанавливают армирующий каркас 4.
Сборка заявляемой теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием осуществляется следующим образом.
При изготовлении центральной трубы 1 на ее поверхность наносится антикоррозионное покрытие 6, которое с концов центральной трубы счищается. Затем на центральную трубу 1 наносят кольцевой слой 2 тепловой изоляции в гидрозащитной оболочке 7, в конкретном случае это слой пенополиуретана. Слой 2 тепловой изоляции, например пенополиуретана, наносят следующим образом. На центральную трубу 1 соосно устанавливают гидрозащитную оболочку 7, выполненную в виде трубы. Гидрозащитная оболочка 7 может быть изготовлена методом навивки стальной ленты с гидроизоляционным полиэтиленовым покрытием (металлополимерная оболочка) или может быть изготовлена из полимера (полимерная оболочка). Гидрозащитную оболочку 7 герметизируют путем установки на концах трубы технологических заглушек с расположенными в них отверстиями для заливки пенополиуретана (на чертежах не показаны) с одной стороны и выхода воздуха с другой с направлением воздушных отверстий вверх, оставляя при этом выпуски центральной трубы 1 порядка 15-45 см. Затем производят заливку в межтрубное пространство пенополиуретана через отверстие технологической заглушки со стороны поднятого конца трубы (труба устанавливается с уклоном до 5°). В процессе вспенивания пенополиуретана, происходит заполнение межтрубного пространства по направлению снизу вверх с одновременным вытеснением из него воздуха через воздушные отверстия в верхней технологической заглушке.
После закачивания под гидрозащитную оболочку 7 и затвердения пенополиуретана, на гидрозащитную оболочку 7 на слой 2 тепловой изоляции устанавливаются центраторы 5 и армирующий каркас 4.
Пенополиуретан обладает очень низким коэффициентом теплопроводности - 0,05 Вт/(м*К), что при толщине слоя равным 80 мм, дает сопротивление теплопередаче 1,6 (м*К)/Вт. Пенополиуретан очень устойчив к воздействию внешних факторов, он не разрушается под воздействием ультрафиолета, солей, кислот до 10% и щелочей, но гиргоскопичен и требует защиты от влаги. При намокании его коэффициент теплопроводности существенно возрастает (от 30 до 50%).
Для защиты от влаги после полимеризации пенополиуретана торцевые поверхности кольцевого слоя 2 тепловой изоляции защищают термоусаживающимися манжетами 8, герметизирующими кольцевой слой 2 тепловой изоляции от попадания влаги или наносят другую защиту от намокания слоя пенополиуретана при транспортировке, хранении, строительстве и эксплуатации.
Далее на внешнюю поверхность гидрозащитной оболочки 7 монтируют армирующий каркас 4, который изготавливают из продольной арматуры, на которую по спирали с равным шагом навивают поперечную арматуру. Продольную и поперечную арматуру соединяют с помощью вязальной проволоки и/или сварки. В качестве армирующего каркаса 4 может быть использована сетка, которая свернута в виде цилиндра и скреплена проволокой или сварена.
Смонтированный армирующий каркас 4 закрепляют на гидрозащитной оболочке 7 слоя 2 тепловой изоляции при помощи центраторов 5. Варианты центраторов представлены на фиг. 3а, 3б, 3в, 3г, 3д, однако могут быть использованы и другие варианты центраторов 5.
Для этого центраторы 5 устанавливают на металлическую или полимерную стягивающую ленту. Возможно несколько вариантов установки центраторов 5 на стягивающую ленту. Например, в случае использования центраторов 5, показанных на фиг.3а, необходимое количество центраторов 5 соединяют стягивающей лентой, продевая ее в сквозной паз 9. Стягивающую ленту с центраторами 5 оборачивают вокруг слоя 2 тепловой изоляции, распределяют согласно конструкторской документации, затем натягивают стягивающую ленту натяжителем ленты и закрепляют.
В случае использования центраторов 5, показанных на фиг.3б-3д, их первоначально крепят к стягивающей ленте, например, винтами. Затем стягивающую ленту с уже с установленными центраторами 5 оборачивают вокруг гидрозащитной оболочки 7 слоя 2 тепловой изоляции, натягивают стягивающую ленту натяжителем ленты и закрепляют. Все используемые центраторы 5 снабжены продольными пазами 10 для установки в него элементов арматуры.
При технологической необходимости возможна установка центраторов 5 поодиночке, при этом их располагают в порядке, обеспечивающем расклинивание армирующего каркаса 4 на гидрозащитной оболочке 7 слоя 2 тепловой изоляции.
Как правило, центраторы 5 в стандартном исполнении располагаются на 10-12-3-6 или 9-12-3-5-7 часов по циферблату в зависимости от требований к эксцентричности каркаса, что позволяет надежно и просто установить армирующий каркас 4.
Центраторы 5 распределены и закреплены на наружной поверхности гидрозащитной оболочке 7 кольцевого слоя 2 тепловой изоляции по следующим причинам:
- армирующий каркас 4, закрепленный на центраторах 5, должен находиться внутри нанесенного кольцевого слоя 3 бетонного покрытия ближе к его средней зоне, обеспечивая собственно прочность самого бетонного покрытия;
- армирующий каркас 4 должен быть расположен коаксиально центральной трубе 1 для обеспечения равной толщины бетона по всей длине конструкции, чтобы избежать существенного дисбаланса при использовании конструкции в процессе транспортировки, складирования и монтажа при строительстве;
- центраторы 5 должны быть прочно закреплены на поверхности гидрозащитной оболочки 7 слоя 2 тепловой изоляции, так как заделанные в армированное бетонное покрытие они служат якорным элементом, увеличивающим усилие сдвига кольцевого слоя 3 бетонного покрытия относительно слоя 2 тепловой изоляции, например при укладке трубопровода методом протаскивания или ГНБ.
- центраторы 5 должны быть распределены таким образом, чтобы исключить деформацию армирующего каркаса 4 при формировании слоя 3 бетонного покрытия методом набрызга.
В пазах 10 центраторов 5 размещают элементы армирующего каркаса 4. Это позволяет надежно и коаксиально центральной трубе 1 закрепить весь армирующий каркас 4. Что, в свою очередь позволяет обеспечить равную толщину слоя 3 бетонного покрытия по всей длине конструкции теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием.
Затем центральную трубу 1 помещают на роликовые опоры установки для набрызга бетона (на чертеже не показано). Роликовые опоры начинают вращать центральную трубу 1. Одновременно с этим с помощью механизма набрызга, который перемещается вдоль центральной трубы 1, осуществляется набрызг бетонной смеси.
Финишную корректировку осуществляют тем, что излишки бетонной смеси снимают лопатками, а оставшуюся бетонную смесь прикатывают и уплотняют валками. Готовую теплогидроизолированную трубу с бетонным покрытием направляют на пропаривание (с выдержкой на стенде 2 часа) или помещают в стеллаж. Схватывание бетонной смеси происходит в стеллаже при положительных температурах  в течение 48 часов, либо при пропаривании паром в течение 7 - 10 часов. После того как бетонная смесь наберет транспортировочную (складская) прочность теплогидроизолированную трубу с бетонным покрытием перемещают на склад, где выдерживают на складе еще от 3 до 7 суток до набора отпускной прочности (70 - 90% от проектной прочности) после чего изделие может быть транспортировано Заказчику.
Сборка заявляемой теплогидроизолированной трубы с бетонным покрытием и армирующим каркасом 4, в виде сетки осуществляется аналогичным образом.
Предложенная полезная модель обеспечивает стабильное положение армирующего каркаса 4 при наружном ударе в процессе нанесения бетонной смеси методом набрызга и исключает потерю его проектного положения внутри слоя 3 бетонного покрытия. Это позволяет достичь заявляемый технический результат - достижение гарантированной заданной прочности наружного бетонного покрытия, что позволяет получить надежную защиту теплогидроизолированной трубы от внешних разнонаправленных механических воздействий.