Ж/Б РЕЗЕРВУАРЫ, Ж/Б резервуар пожаробезопасный и не требует АКЗ Опции

[Хожаев С.М.]

Серия: «Новые технологии в строительстве».
СФЕРИЧЕСКИЕ РЕЗЕРВУАРЫ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЫПУЧИХ И ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ
Преимущества - резервуар из железобетона является пожаробезопасным и не требует антикоррозионной защиты.
.
В настоящее время в промышленном производстве большое распространение получили резервуары для хранения сыпучих и жидких веществ. Они используются в самых различных сферах деятельности, начиная от нефтехимии и кончая сельским хозяйством. При этом наиболее оптимальным вариантом во многих случаях могли бы быть именно сферические резервуары. Это связано в первую очередь с тем, что сферическая конструкция обладает уникальной способностью сохранять устойчивое состояние даже при определенных перекосах опоры, на которой она расположена. Тем самым резко снижаются требования к фундаментам для установки такого резервуара, а в некоторых случаях можно обойтись вообще без фундамента. Другим преимуществом сферической конструкции является минимальная площадь поверхности по отношению к объему, что создает дополнительные преимущества в случае, когда надо поддерживать внутри резервуара определенную температуру за счет снижения потерь теплопередачи через уменьшение площади поверхности.
Недостаток у стальных сферических конструкций один - высокая стоимость изготовления. Обычно качественный резервуар может быть изготовлен только в заводских условиях. При этом наряду с задачей собственно изготовления возникает задача транспортировки крупногабаритного груза, которая также может представлять значительную проблему, в том числе в стоимостном выражении. Поэтому сейчас сферические резервуары используются в достаточно ограниченном числе случаев, например, в качестве газгольдеров высокого давления. В ряде случаев также пытаются использовать сборные конструкции из отдельных сегментов, например по типу фасетки. В этом случае транспортные расходы заметно уменьшаются, но возникает иная задача – достаточно прочного и герметичного соединения отдельных частей, что не так то просто выполнить в «полевых условиях». Поэтому такие конструкции в качестве резервуаров используются не слишком часто и в первую очередь в не слишком ответственных конструкциях.
Нашей фирмой разработана методика создания сферических резервуаров из инерционно упрочненного железобетона. Как известно железобетон по сути своей представляет композитный материал, в котором механическая прочность обусловлена металлической арматурой. Благодаря этому железобетонные конструкции характеризуются высокими механическими свойствами в сочетании с хорошей герметичностью и стойкостью к воздействию агрессивных веществ.
В качестве основы технологии изготовления резервуаров нами был использован разработанный нами метод создания высокопрочных бетонных конструкций при помощи нанесения инерционно-упрочненного бетона на предварительно уложенную арматуру, который используется также при ремонте ветхих зданий и сооружений [1].
Рассмотрим сферический стальной резервуар объемом 1000 куб.м. При создании давления Р= 0,1МПа (1 кг/см2) внутри сферического стального резервуара с толщиной стенок b=1мм, в стенках резервуара возникнет напряжение:
Sigma = D*P/(4b) = 310 МПа. [2].
Это находится в области предела прочности конструкционных сталей (250…400 МПа), что явно недопустимо. Если взять толщину стенки 2 мм, то испытываемое ими напряжение растяжения будет около 155 МПа, что вполне приемлемо. Но для сферы диаметром 12,6 м и весом 7,8 тн. толщина стенок в 2мм, недопустима, т.к. конструкция потеряет устойчивость и попросту сомнется под своим весом. Если же взять арматуру, в количестве этих же 7,8 тн, и уложить ее по образующей сферы (в виде параллелей и меридианов глобуса), подложить под арматуру опалубку и нанести инерционно-уплотненный высокопрочный бетон, то получится железобетонный резервуар. Причем, если резервуар предназначен для жидких или сыпучих продуктов то в нижней части резервуара арматура должна быть уложена чаще, чем вверху, т.к. снизу давление больше . И бетонные стенки внизу должна быть толще. Таким образом, получается резервуар, выполненный из композита, где армирующая составляющая - сталь, а матрица - бетон.
Если посчитать растягивающие напряжения в бетоне, без учета армирования, то при толщине стенки в 100мм получим напряжение
Sigma = D*P/(4b) = 12,4м*0,1МПа/(4*0,1)=3,1 МПа. [2].
Бетонные сегменты, находящиеся между арматурными стержнями, подвергаются воздействию растяжения при изгибе. Прочность бетона, полученной по нашей технологии из песка и цемента, на растяжении при изгибе составляет 2,9МПа, что недостаточно для резервуара без армирования. А вот прочность бетона с добавлением щебня возрастает до 4,2 МПа., что дает запас прочности К=1,35.
При проведении испытании образцов-призм бетона (размером 100 х 100 х 400) «На растяжение при изгибе» [3] нагрузка не была равномерно распределенной, а расстояние между опорами испытательного стенда составляло 300 мм. То есть фактически, такой резервуар сможет работать и без арматуры с небольшим запасом прочности. А если применить арматуру, да еще и уложить чаще, особенно в нижней части, да и еще и армирующие волокна добавить в бетон, то запас прочности увеличится в разы, т.к. от того, какое расстояние между армирующими стержнями, зависит напряжение, которое возникает в бетоне.
Учитывая, что арматура будет расположена гораздо чаще в нижней части резервуара, при толщине бетонной стенки в нижней части резервуара 50мм, мы получаем более чем десятикратный запас прочности. Дополнительное увеличение прочности можно получить при использовании арматурной сетки специальной конструкции, которая даст объемное армирование.
Для организации в сфере смотровых люков, и других закладных деталей и элементов запорной арматуры, подводящих и отводящих трубопроводов, корпуса этих деталей фиксируются на сфере перед началом бетонирования.
В качестве опалубки могут быть использованы воздухоопорные сооружения. Другим вариантом является пластмассовая или металлическая сборная конструкция, которая в дальнейшем может быть оставлена внутри сферы с целью увеличения ее химической стойкости и герметичности. При этом наличие соединительных швов между элементами столь принципиального значения иметь не будет, поскольку их общая площадь достаточно мала, а отдельные дефекты в них будут «залечены» в процессе бетонирования.
Стоимость изготовления сферического железобетонного резервуара на строительной площадке, при налаженном производстве не превысит стоимости стального резервуара. А резервуар объемом 10 тысяч кубометров будет стоить дороже не в 10, а только в 5 раз.
Строительство сферических железобетонных хранилищ для жидких и сыпучих материалов методом нанесения инерционно-уплотненного высокопрочного бетона имеет ряд преимуществ.
1. Бетонная конструкция является более огнестойкой, по сравнению со стальной. То есть более безопасна в случае пожара.
В отличие от стального резервуара, в железобетонном резервуаре не могут развиваться сплошные трещины в результате хлопка. Даже в случае внутреннего взрыва паров нефтепродуктов в емкости, из неё не хлынет смывающий все на своем пути «селевой» поток, а потечет только несколько струй через выбитые бетонные элементы.
Для увеличения срока службы железобетонной емкости арматуру достаточно защитить специальным покрытием или добавить арматуру из базальтового волокна. А существующие гидрофобные и защитные материалы для бетона (например, ГЕКОС) обеспечивают еще более длительный срок эксплуатации бетона и стали и увеличивают безопасность конструкции.
Сфера, как наиболее прочная конструкция, более устойчива к воздействию землетрясений, ураганов и иных природных катаклизмов.
2. Благодаря уникальным свойствам конструкции, сферический резервуар может стоять на любых грунтах даже без фундамента. Учитывая тот факт, что с целью оптимизации расхода материалов, стенки верхней части сферы делаются тоньше, то такая сфера может «плавать», не теряя устойчивости.
3. При строительстве сферической железобетонной конструкции не требуется тяжелая грузоподъемная техника. Разработанные технологии позволяют строить сферу любого диаметра без грузоподъемных механизмов и лесов, в том числе в полевых условиях.
4. Стоимость такой железобетонной конструкции соизмерима со стоимостью пескоструйной очистки и покраски стальной емкости равного объема.
Еще в 1995 году в Калуге нами была построена экспериментальная сферическая железобетонная конструкция диаметром 9м методом напыления бетона арматуру, уложенную на воздухоопорное сооружение (воздушный шар). При толщине стенок внизу 50мм, а вверху - 10мм, сфера простояла 12 лет без защиты от атмосферных осадков и без гидроизоляции. При этом никаких повреждений на ней обнаружено не было.
Разумеется, данная технология применима и для емкостей имеющих и другую форму, например цилиндрическую, коническую и т.д. Все зависит от формы опалубки и расположения арматуры.
Еще одним применением данной технологии является ремонт резервуаров, аккумуляторных баков, баков для хранения нефтепробуктов. В случае, когда требуется сделать капитальный ремонт цилиндрического резервуара, последний можно восстановить нанесением инерционно-уплотненного высокопрочного бетона на внутреннюю поверхность бака по предварительно уложенной арматуре. Учитывая тот факт, что старый бак является односторонней опалубкой, стоимость реновации (фактически нового) бака может быть равна стоимости капремонта старого бака. В частности нашей фирмой по данной технологии были проведены работы по ремонту кирпичной водонапорной башни и восстановление заглубленного резервуара. Восстановление заглубленного резервуара данной технологией интересно тем, что процесс реновации не будет требовать проведения землекопных работ – сплошное же напыление бетона позволит устранить не только выявленные, но и потенциальные дефекты, которые могут разрастить до опасного состояния в будущем. А предупредить аварию всегда дешевле, чем разбор завалов и восстановление обрушенного свода и стен.
Термин «напыление бетона» - не совсем корректный, т.к. предполагает нанесение защитно-декоративного покрытия, типа торкрет, которое не является частью несущей конструкции. Правильнее было бы назвать не торкрет, а инерционно уплотненный бетон.
Технологией напыления бетона по односторонней опалубке можно строить и восстанавливать коллекторы, трубопроводы большого диаметра, водопропускные трубы, а также разрушающиеся стены и перекрытия ветхих домов. Этому посвящена наша специальная статья [1].

Список литературы:
[1] С.М.Хожаев Новая технология ремонта ветхих зданий. (Журнал "Коммунальщик" №3)
[2] Р.С.Киносошвили, «Сопротивление материалов», с 105, «Расчет тонкостенных сосудов».
[3] ГОСТ 10180-90. БЕТОНЫ. Методы определения прочности по контрольным образцам.

[Docent]

Не являясь строителем, но механиком, имею возражение:
"Правильнее было бы назвать не торкрет, а инерционно уплотненный бетон."
Я себе представляю пустотелый столб, полученный путем вращения опалубки какое-то время. из бетона вытеснена вода и т.п. силой инерции от вращения

а если был только один "шлепок" 1 милисекунда, то насколько он "инерционно уплотненный?"
надо бы кубики поломать- уплотненного и просто застывшего.

сам кстати, давил:

[Хожаев С.М.]

Мы проводили испытания:
кубиков на сжатие, водопоглощение, морозостойкость, отрыв со скалыванием, склерометром.
Брусков - растяжение при изгибе.
Все - с дублированием в бывшей государственной независимой лаборатории.
Все кубики и бруски вырезали из массива алмазными дисками на камнерезных станках. Неточность испытаний в том, что грани непараллельные. Отклонения - миллиметры. Соответственно и испытания показали меньшую прочность, чем отрыв со скалыванием и склерометром.
Фото пришлю на днях.

[Docent]

шутка юмора
http://www.kalush.net.ru/foto/data/373.jpg

[урал]

А мы делали по другому брали кубик 100х100 с отверстием к нему торкретировали 50хна 50 и давили через отверстия проверяя атгезию из 35 образцов по стыку ни один не лопнул рвало или большой или малый кубик но по стыку ни один не лопнул. Валера

[Хожаев С.М.]

А у нас все образцы по стыкам рушились.
Наносили слой, а через несколько часов - 2-й слой.
Через 6 месяцев распилил плиту на кубики 100 * 100.
Почему у вас на стыке бетон прочнее?

[урал]

Потому что влажый торкрет работает на атгезию на малекулярной основе. Валера

[Хожаев С.М.]

Резервуары для воды и нефти не так дороги. А вот для молочных и других пищевых продуктов требуются резервуары из нержавейки.
А ведь можно и железобетон покрыть фторлоновым покрытием, которое не реагирует с кислотами и привкуса железа на продуктах не будет.

[Хожаев С.М.]

Посмотрите тему Идеальный дом
Почему дом не купольный, а усеченная сфера?
Потому, что, в 1994г. я устно договорился с Норильским комбинатом и выполнил их требования:
1. Для отселения пенсионеров на материк построить образец образец дешевого сферического дома.
2. Построить образец сферического резервуара для нефтепродуктов.
Я просто объединил 2 задачи в одну (т.к. денег и на это с трудом хватало) и построил в 1995г. усеченную сферу.
Прилетел в январе 1996г. в Норильск, а там власть поменялась.
И новой власти резервуары, которые надежнее стальных и могут стоять на мерзлоте без фундаментов, Норильску оказались не нужны.
Цену такого отношения к моим идеям показала недавняя авария с розливом нефтепродуктов.