Статья: Усиление конструкций зернового элеватора

Дальневосточный государственный аграрный университет

Усиление конструкций зернового элеватора

Туров А.И.

Пыхтеева М.А.

Аннотация

Учитывая увеличение производства зерна и сои, необходимо позаботиться о сохранении урожая, а также экспорте продукции сельскохозяйственной отрасли. В данной статье рассматриваются варианты восстановления стен силоса для хранения зерна. Отмечены некоторые аспекты, характерные для монолитных железобетонных стен элеваторов предприятий по хранению и переработке растительного сырья, приведены их описания и рекомендуемые способы усиления. Рассматриваются причины, образования трещин в стенах и отслоение защитного слоя бетона стен силоса.

Рассмотрены технологии восстановления внутреннего защитного слоя стен силосов.

Ключевые слова: зерновой элеватор, монолитные стены, дефекты стен, обследование, усиление стен, технологии ремонта

Тип конструкции силосного корпуса и особенности его эксплуатации

Рассматривается железобетонный монолитный силосный корпус постройки начала 60-х годов. Наружный диаметр силосных банок - 6 м. Высота силоса от уровня земли составляет 36,5 м, высота силосной банки 30 м. Размеры в плане одной секции - 24х36 м (4х6 = 24 банки). Общий размер силосного корпуса - 2х4х6+4х4 = 64 банки диаметром 6 м. Толщина стен равна 180 мм (рис. 1). Загрузка емкостей осуществляется через проем в перекрытии, в верхней части банки имеется пересыпное отверстие из силоса в «звездочку». Силос работает в режиме периодической подачи зерна или бобов сои по транспортной галерее и постоянного порционного выбрасывания содержимого через разгрузочный люк с определенной периодичностью. Стены силоса постоянно испытывают нагрузку от давления содержимого, и периодически воспринимают ударную нагрузку от падения зерна вследствие его слеживания и дальнейшего опадания при опустошении нижележащих объемов силоса при сбрасывании нижних слоев зерна.

Рис. 1. Монолитный силос. Зоны усиления монолитной стены силоса №226

Повреждения и деформации конструкции стены

Дефектами стены являются отслоения защитного слоя бетона (ранее установленной железобетонной обоймы (гильзы)) толщиной 5-6 см на расстоянии 10 м от верха банки. Размеры двух дефектных участков составляют 8х10 (h) м и 2х0,5 м (рис. 2).

Рис. 2. Схемы дефектов и повреждений стены силоса

По итогам обследования состояние стены силоса №226 было оценено как непригодное к условиям нормальным эксплуатации. Для обеспечения пригодности стены силоса к нормальным условиям эксплуатации необходимо произвести ремонтно-восстановительные работы. Основными причинами проведения ремонтно-восстановительных работ стены являются недостаточная толщина защитного слоя бетона, отслоения и сколы бетона, а также образование на внутренней поверхности стены сколов бетона без обнажения и с обнажением арматуры.

Повреждения такого характера относятся к числу опасных повреждений, существенно снижающих несущую способность и долговечность конструкций.

Для приведения технического состояния конструкций силоса №226, в особенности конструкций внутренней поверхности стены, в рабочее состояние возникла необходимость разработки технических решений по их ремонту и усилению, а также качественной реализации данных работ на объекте.

Технические решения по ремонту и усилению

Причинами повреждения защитного слоя стены являются истирание внутренней поверхности от перемещения сыпучего материала и неравномерные температурные деформации стены при загруженном состоянии «звездочки». Разрушение защитного слоя здесь прогрессирует при неравномерном остывании стен по сечению. Поверхностный слой с внутренней стороны ёмкости охлаждается быстрее, и примыкающая кольцевая арматура получает дополнительные кольцевые напряжения, приводящие к выкалыванию защитного слоя по периметру и нарушению сцепления бетона и арматуры.

Также повреждение внутреннего слоя стены является следствием совместного воздействия: повышения давления сыпучего материала; сопровождения процесса разгрузки образованием и обрушением сводов в сыпучей среде; взрывов пыли внутри силоса; разности осадок.

Конструкции железобетонной стены могут быть усилены различными способами.

В силосе требуется разработать такое техническое решение по усилению стены, которое бы увеличивало изгибную жесткость стены и уменьшало её перемещение при приложении нагрузки.

По итогам обследования были приняты 3 возможных способа усиления стены силоса путем устройства наращивания слоя железобетона внутри силоса при обеспечении сцепления с усиливаемой стеной:

- наращивание слоя выполняется в опалубке путем заливки литой смеси в опалубку;

- наращивание слоя выполняется вручную без опалубки путем нанесения тиксотропной смеси вручную кельмой или механизированным способом штукатурной станцией (набрызг);

- наращивание слоя выполняется торкретированием без опалубки путем нанесения тиксотропной бетонной смеси при помощи торкрет-установки.

Выполнен расчет стенки силоса по прочности, трещиностойкости и выносливости [1, 2]. Произведен расчет требуемой кольцевой и вертикальной арматуры с учетом ослабления сечения стены [3, 4]. Результаты расчета показали, что арматура не требуется, но запас прочности оказался небольшой (табл. 1). Принято решение усилить монолитную стену силоса гильзовой обоймой для восстановления защитного слоя бетона арматурной сеткой. Горизонтальная арматура сетки Ш8 А-III с шагом 200 мм. Вертикальная арматура сетки Ш8 А-III с шагом 300 мм. Армировать можно готовыми сетками или отдельными стержнями. Ширина готовых сеток назначается из условия пропуска их в отверстие в перекрытии в верху силосной банки. Сетки закрепляются на арматурных анкерах и соединяются с анкерами и между собой вязальной проволокой. Аналогично можно выполнить армирование из усиливаемого участка отдельными стержнями.

Сетки (или отдельные стержни) необходимо устанавливать с перепуском. Длина анкеровки (перепуска) в горизонтальном направлении - 600 мм, в вертикальном направлении - 250…280 мм. Сетки С1, их размещение и анкеровка приведены на рис. 3.

Рис. 3. Анкеровка (перепуск) сеток С1

Таблица 1

Подбор арматуры сетки усиления обоймы на ремонтируемом участке стены

Восстановление защитного слоя бетона стены силоса

Технология восстановления защитного слоя железобетонной стенки силоса должна выполняться с соблюдением определённого порядка действий в следующей последовательности:

- оконтуривание поврежденных участков дисковой алмазной пилой;

- удаление бетона на поврежденных участках водоструйной установкой или с использованием электро- и пневмоинструмента;

- дополнительное армирование сетками С1, при этом бетон удален на глубину 5...6 см;

- крепление сеток С1 к анкерам вязальной проволокой;

- установка анкеров в предварительно просверленные отверстия под углом 10...15 град. на глубину 120 мм; отверстие предварительно заполняется на 50...60% цементно-песчаным соством 1:1 (на мелком кварцевом песке), после чего в отверстие вкручивается стержень (анкер) диаметром 6 мм из арматуры класса А-III; анкера устанавливаются в шахматном порядке с шагом не более 600 мм;

- длина перепуска сеток в горизонтальном направлении составляет 60d+200 ? 600…700 мм;

- насыщение поверхности старого бетона водой;

-нанесение бетонной смеси одним из способов:

- заливка литой бетонной смеси в опалубку;

- нанесение тиксотропной бетонной смеси вручную кельмой захватками, набрызгом или методом торкретирования с помощью торкрет-установки;

- выравнивание слоя раствора после набрызга или торкретирования с помощью электрогладилки;

- толщина железобетонной обоймы (гильзы) принята 50...60 мм;

- отрезок времени между нанесением раствора и разглаживанием длится до тех пор, пока раствор не схватится, т.е. когда пальцы будут оставлять на поверхности легкий след и не будут утопать ниже поверхности;

- далее - уход за бетоном с использованием пленкообразующих составов.

При ремонте используют литой состав EМАCО S66 или тиксотропный состав EМАCО S88С (либо аналогичные).

Выдержка бетона усиления в опалубке составляет 24 часа.

Литой состав применяется при заливке в опалубку. Тиксотропные (не расслаиваемые) составы применяются при бетонировании без опалубки ручным (кельмой) или механизированным способом (при помощи штукатурной станции) или методом торкретирования (набрызг бетонной смеси под давлением).

Также можно применять безусадочные смеси СКРЕПА М700 (для заливки в опалубку) или СКРЕПА М500 Ремонтная - для ручного заполнения (без опалубки) или нанесения смеси методом торкретирования. Аналогичным способом можно применять безусадочные быстросхватывающиеся смеси ВАЙТМИКС.

деформация силосный корпус восстановление стена

Опалубка для заливки литой бетонной смеси

Опалубку следует крепить на анкерах таким образом, чтобы их концы не выступали за поверхность бетона после окончания работ. Рекомендуется использовать два вида креплений: если они размещаются вне пространства, заполняемого ремонтным бетоном, их следует выполнять в виде извлекаемых самозаклинивающихся шпилек; если крепления размещены в заполняемом бетоном пространстве, анкеры выполняют в виде шпилек с пластмассовыми втулками на конце. После распалубки втулки зачеканивают составом EМАCО 90 или EМАCО NАNОCREТE R4, или глушат пластмассовыми болтами.

При свободном доступе сверху бетонная смесь непосредственно подается за опалубку (рис. 4). При необходимости в опалубке делаются контрольные отверстия, которые позволяют контролировать процесс заполнения пространства за опалубкой ремонтной смесью (глушатся при начале вытекания через низ ремонтной смеси). Образовавшийся в лотке бетонный прилив срубается после распалубки. Опалубку необходимо по контуру герметизировать от протекания литой смеси густым бетонным составом (монтажной пеной). Распалубливание выполняется через 24 часа.

Рис. 4. Схема установки опалубки

Далее выполняется разглаживание бетонной поверхности и уход за бетоном (покрытие участка пленкой или мокрой мешковиной и поливка водой).

Механизированный способ предполагает подачу литой ремонтной смеси за опалубку растворо- или бетононасосами. Наиболее распространенным является способ подачи ремонтной смеси под давлением через отверстия в опалубке.

Схемы укладки наливных бетонных смесей

Перед восстановлением защитного слоя поверхность должна быть очищена от грязи, краски, ослабленного бетона и продуктов коррозии арматуры. Ремонтные составы должны наноситься на увлажненную шероховатую поверхность «старого» бетона, прочность которого должна быть не ниже минимальной, установленной в проекте производства ремонтных работ.

Очистку бетона и арматуры можно выполнить с помощью пескоструйных аппаратов, воздействием механических инструментов, легких перфораторов, игольчатых пистолетов и металлических щеток. После применения этих способов очистки поверхности должны промываться водой. При очистке арматуры от продуктов коррозии между стержнями и «старым» бетоном необходимо обеспечить зазор не менее 10-15 мм.