 Технические науки УДК 624.139
Технология изготовления оболочки противопучинной термоусаживаемой1
Алявдин Дмитрий Вячеславович,
генеральный директор УЗПТ «Маяк»
Челябинская обл., г. Озерск, ул. Красноармейская, д. 5, корп. 3.
reline@polymerpro.ru
Тел.: +7 (35130) 947-22
Клестов Александр Рудольфович,
заместитель директора по инновациям УЗПТ «Маяк»
a.klestov@polimer.ru
Гречухин Игорь Викторович,
инженер-технолог УЗПТ «Маяк»
Аннотация: Рассмотрены основные технологические этапы производства противопучинных радиационно-модифицированных полиолефиновых оболочек для стальных фундаментных свай.
Ключевые слова: свая, фундамент, морозное пучение, касательные напряжения, полиолефины, радиационная модификация, термоусаживание.
Введение
В районах с сезонным промерзанием грунтов самыми «коварными» силами, действующими на традиционные заглубленные свайные фундаменты легких конструкций (инженерные объекты, быстровозводимые здания), являются касательные силы морозного пучения. В сильнопучинистых грунтах (водонасыщенных глинах, суглинках, мелких и пылеватых песках и др.) эти силы, возникающие при расширении замерзающей воды в грунте (пучении), в северных районах достигают 100 кН/м2 (10 т/м2) и более, 30-100 кН (3 - 10 т) на погонный метр, 200 кН (20 т) на отдельные фундаменты.
Воздействуя на фундамент снизу вверх, эти силы часто превосходят нагрузки от вышерасположенных малонагруженных конструкций. При этом сезонные вертикальные перемещения (пучение) грунта при его промерзании на глубину 1,0 - 2,0 м составляют 5 – 20 см и более.
Существует множество способов и мероприятий по уменьшению и устранению вредного воздействия сил морозного пучения сезоннопромерзающих грунтов [1, 2]. Применение полимерных покрытий [3], снижающих смерзание сваи и грунта в его верхнем (пучинистом) слое, является одним из возможных направлений, в первую очередь, в виду высоких барьерных характеристик и устойчивости таких покрытий к абразивному воздействию грунтов на поверхность свайных фундаментов при сезонном промерзании – протаивании.
Конструкция сваи с противопучинной полимерной оболочкой представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Анкерная свая с противопучинной оболочкой
Одним из перспективных материалов для такого рода покрытий являются радиационно-модифицированные полиолефины. Радиационная обработка существенно повышает эксплуатационные качества таких материалов [4].
В работе [5] показано, что при применении таких материалов, в зависимости от температуры грунта при сдвиге, прочность на срез по поверхности смерзания снижается в 2,3 – 3,3 раза по сравнению с металлической сваей без покрытий. Большим преимуществом перед покрытиями других типов также является, в этом случае, стойкость материала к абразивному воздействию грунта.
Кроме высоких эксплуатационных качеств радиационно-модифицированные полиолефины обладают памятью формы, что позволяет упростить нанесение покрытий из них на тело сваи.
Оболочка противопучинная термоусаживаемая (ОПТ) представляет собой полимерную заготовку, которая имеет свойства «памяти формы», т.е. возможность изменять свои размер (уменьшать) и форму при нагреве до температуры пластификации полимера (около 150 °С). Эффект «памяти формы» достигается так называемой сшивкой (радиационной модификацией) полимера. В общем случае технологический процесс изготовления ОПТ можно разделить на 3 передела (см. рис. 2).
Рисунок 2 Технологические этапы изготовления ОПТ
Экструдирование представляет собой непрерывное выдавливание разогретого размягченного материала поршнем через профилирующее отверстие (матрицу) на специальной машине - экструдере. В настоящее время методом экструзии получают полимерные трубы диаметром от нескольких миллиметров до нескольких метров с различной толщиной стенки.
На втором этапе в процессе радиационного модифицирования, при котором материал облучают потоком быстрых электронов или подвергают воздействию гамма-излучению, происходит "запоминание" исходной формы и размеров заготовки.
Процесс радиационной сшивки полиолефинов требует сообщения материалу значительных величин поглощённой дозы, вплоть до 50 Мрад.
Создание радиационной установки промышленной производительности нуждается в мощном источнике излучения.
Создание и эксплуатация облучательной установки такой мощности на основе источников γ квантов сопряжено с большими капитальными затратами и необходимостью поддержания административных и технических мер обеспечения радиационной (а в наше время и террористической) безопасности и охраны окружающей среды.
Электронные ускорители, как источники β-излучения лишены этих недостатков, поэтому они всё шире применяются для промышленной радиационной модификации полиолефинов.
Сравнение характеристик полимера сшитого этими двумя способами показывает, что материал, сшитый γ квантами имеет более высокие технологические свойства. Среди них более высокая эластичность и коэффициент усадки, более низкая температура усадки.
Причиной этого, в основном, является различия в характере поглощения ионизирующих частиц в облучаемом материале.
Для плотностей материала, сравнимых с плотностью полиэтилена, уже на глубине в несколько миллиметров плотность потока электронов снижается в несколько раз, создавая тем самым значительную неравномерность в поглощённой дозе, а значит и свойствах по глубине материала.
В отличие от β частиц γ кванты взаимодействуют с веществом менее интенсивно, обеспечивая гораздо более пологий спад мощности потока излучения по глубине материала.
Такая особенность взаимодействия γ квантов с веществом позволяет проводить радиационную модификацию толстостенных полимерных изделий сложной формы с сохранением высокой однородности величины поглощённой дозы в объёме материала.
Разработанная на УЗПТ «Маяк» установка радиационной модификации позволяет бассейнового типа позволят проводить облучение полимерных изделий с приемлемой для производства производительностью.
Проведённые на предприятии исследования показали, что поглощённая материалом покрытия доза γ-излучения в 10 Мрад является оптимальной с технологической и экономической точек зрения.
Следующий процесс, в результате которого заготовки приобретают заданные форму и размеры, состоит в нагревании модифицированных заготовок до необходимой температуры и растяжении ее в радиальном направлении под действием перепада внутреннего и внешнего давления или при механическом растяжении с последующей фиксацией конструктивных размеров методом интенсивного охлаждения.
Опытные работы, проведённые на предприятии, показали, что при растяжении оболочек больших диаметров и толщин предпочтительным выглядит метод механического растяжения заготовок при их нагреве в термокамере.
После остывания заготовки оболочки на её внутреннюю поверхность наносится слой адгезионного материала (термоклея) с меньшей, чем у оболочки, температурой плавления.
Полученная в таком процессе оболочка надевается на подготовленную поверхность сваи и повторно нагревается с использованием пламени газовой горелки или высокотемпературного фена (рисунок 3). При этом оболочка начинает сжиматься, стремясь вернуться к своей первоначальной форме и размерам, и плотно охватывает тело сваи. Клеевой подслой при этом плавится, обеспечивая сплошность прилегания покрытия и его высокую адгезию к поверхности сваи.
|
Рисунок 3 Термоусаживание противопучинной оболочки на анкерную сваю
|
Особое значение при этом имеет соблюдение температурного режима усаживаемой оболочки и тела сваи.
Для осуществления процесса усадки на предприятии было разработано и изготовлено соответствующее оборудование, позволившее эффективно проводить операцию усадки противопучинной оболочки на стальные сваи диаметром вплоть до 720 мм.
Таким образом, впервые в России созданы технологии и оборудование, позволяющие производить в промышленных масштабах цельнотянутые радиационно-модифицированные полимерные заготовки большого диаметра и использовать их в качестве противопучинных оболочек стальных свай.
Литература
Рекомендации по совершенствованию конструкций и норм проектирования искусственных сооружений, возводимых на пучинистых грунтах с учетом природных условий БАМа. Рекомендации / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1981.
Гончаров Ю.М., Таргулян Ю.О., Вартанов С.Х. Производство свайных работ на вечномёрзлых грунтах. Л.: Стройиздат, 1981.
Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах. / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. – М.: Стройиздат, 1979.
Пьянков, Г.Н. Радиационная модификация полимерных материалов/ Г.Н. Пьянков, А.П. Мелешевич, Е.Г. Ярмилко, А.М. Кабакчи, С.И. Омельченко. Киев: Техника, 1969. – 232 с.
Алявдин Д.В., Клестов А.Р., Потапова О.А. Лабораторные определения сил смерзания цементно-песчаных смесей с моделями фундаментов, защищённых, с целью снижения проявления сил морозного пучения грунтов, радиационно-модифицированным термоусаживаемым покрытием «Reline» // Актуальные инновационные исследования: наука и практика. 2012. № 3.
|
