Многие промышленные технологические процессы включают газоотводящие тракты для выбросов через дымовую трубу продуктов горения топлив или отходов технологической переработки сырья. Существующий парк дымовых труб России исчисляется десятками тысяч единиц (железобетонных порядка 3500 (из них высотой более 100 м – более 2500), кирпичных порядка 15000 (из них высотой более 100 м – 125)), построенных по различным технологиям, с применением разноплановых конструкционных материалов (как правило, кирпич, металл или железобетон), сооруженных в разное время и не по однотипным проектам, с различной степенью износа и дефектов. С каждым годом потребность в ремонте и реконструкции дымовых труб, естественно, возрастает. Проведение торгов по ремонту дымовых труб исчисляются миллионами, что свидетельствует о крайней актуальности решения данной проблемы. Не следует забывать, что в следствии специфики объекта, ошибки в проектировании и эксплуатации, равно как и крайняя степень износа, связанная с несвоевременной дефектацией и корректного ремонта, может привести к катастрофе даже глобального масштаба.
Исторический обзор
Первая массовая серия монолитных железобетонных вентиляционных и дымовых труб в РСФСР была возведена с конца 40 – х по начало 60 – х гг. прошлого века. В настоящее время в РФ эксплуатируется 1000 – 1200 таких труб высотой до 180 м. Дефицит штучного строительного материла, а именно кирпича, предопределил применение железобетона в качестве массового стройматериала того периода. Первые послевоенные пятилетки предусматривали глобальное восстановление народного хозяйства всего государства, что в условиях колоссальных военных нематериальных и материальных потерь было крайне трудно выполнимая задача. Отсутствие нормативной документации, качественных строительных материалов и квалификаций соответствующего персонала от сотрудников проектных бюро до рабочих строительных специальностей, а также колоссально сжатые сроки планирования не могли не отразиться на качестве изделий.
Более того, расчетный срок службы железобетонных дымовых труб составляет всего 50 лет, а кирпичных и армокирпичных 60 лет [1]. Для многих труб и более позднего периода, чем первая массовая серия постройки срок эксплуатации истек. В связи с чем возникает проблема дальнейшей безопасной эксплуатации данных сооружений, особенно труб первой серии с учетом имеющихся случаев их обрушения.
Обрушение дымовых труб первой массовой серии носят не единичный характер [2]:
- 1956 г. – труба, высота 120 м аглофабрика ММК;
- 1959 г. – труба, высота 100 м Аргаяшская ТЭЦ;
- 1985 г. – труба, высота 80 м Комбинат «Магнезит» (фото 1);
- 2002 г. – труба, высотой 80 м «Уралцемент» (фото 2);
- 2010 г. – труба, высотой 120 м. Берзнековская ТЭЦ – 2 (фото 3);
- 2013 г. – труба, высотой 100 м «Арселор Миттал» (Казахстан);
- 2015 г. – труба, высотой 120 м Богословской ТЭЦ (фото 4);
- 2021 г. – труба, высотой 120 м Барнаульской ТЭЦ-2 (фото 5);
- 2022 г. – труба, высотой 150 м Петропавловской ТЭЦ-2 (К) (фото 6);
- 2023 г. – труба Н=120 м котельной в Переславле-Залесском (фото 7).
Фото 1, 2, 3
Фото 4, 5, 6
Однако, обрушаются также и дымовые трубы не принадлежавшие к первой массовой серии. На Уфимском нефтеперерабатывающем заводе коррозия едва не привела к глобальной катастрофе (фот 8). В 1991-м году там треснула и накренилась огромная – высотой в 150 метров и весом в 700 тонн – дымовая труба. И не просто накренилась, а нависла всей своей массой над взрывоопасным участком, где делали ароматические углеводороды. В итоге трубу взорвали – к счастью, без жертв и потерь – а когда стали разбираться, обнаружили, что ржавчина «съела» арматуру в бетоне.
Причины обрушения
НЕДОСТАТКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Недостатки при проектировании в отечественном строительстве данных объектов несут на себе фундаментальный источник проблем при обрушение, особенно, когда идет речь о строительстве труб первой массовой серии. Приведем цитату А.Н. Шкинева, представленную Шматковым С. Б. в своей презентации, характеризующую проектирование послевоенного времени: «Отсутствовали общеобязательные нормативные документы по проектированию дымовых труб. Отсутствовала также единая методика учета силовых воздействий и других факторов, влияющих на работу трубы.
Фото 7, 8
Не проводились с достаточной полнотой теоретические и экспериментальные работы по жароупорным и обычным бетонам, применяемым для стволов дымовых труб. Проектировщики были лишены возможности с достаточной полнотой учитывать все факторы, влияющие на работу ствола дымовой трубы, вследствие чего конструкции труб были недостаточно надежными, что в сочетании с дефектами при производстве работ приводило к авариям. Только с 1957 – 1960 г. были проведены теоретические и экспериментальные работы с лабораторией жароупорных конструкций НИИ бетона и железобетона Академии строительства и архитектуры СССР с учетом богатой практики Теплопроекта по проектированию железобетонных дымовых труб. В результате этими же организациями была разработана и издана «Инструкция по проектированию железобетонных дымовых труб» [2,3].
В настоящее время проектирование производится в согласии со сводами правил СП 375.1325800.2017 «Трубы промышленные дымовые. Правила проектирования.», СП 43.13330.2012 «Сооружения промышленных предприятий», и СП 22.13330 «Основания зданий и сооружений», СП 24.13330 «Свайные фундаменты», СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкции от коррозии» и другими отраслевыми стандартами. Документов, регламентирующих проектирование труб на который может опираться проектировщик на сегодняшний момент не мало, однако так было не всегда.
Как уже отмечалось ранее, парк дымовых и вытяжных труб в современной России огромное количество. По общим признакам их можно классифицировать согласно Таб. 1 [4].
Таб. 1. Классификация труб
| Классификационный принцип | Классификационный тип |
| технологическое назначение труб | дымовые — отводящие газовоздушные смеси, температурой 80 — 500°С, появляющиеся при сжигании различных видов топлива) |
| вытяжные (вентиляционные) — отводящие газовоздушные смеси высокой влажности с температурой до 80°С от технологического оборудования | |
| выполнение функций труб | сами полностью обеспечивают тягу |
| с принудительной тягой | |
| конструктивная схема труб | с газоотводящим каналом, элементы которого являются одновременно и несущей конструкцией |
| с отдельно выполненным газоотводящим стволом | |
| материал конструкции | кирпичные не футерованные, футерованные глиняным кирпичом, огнеупорными или кислотоупорными изделиями |
| монолитные железобетонные с футеровкой из глиняного кирпича, кислотоупорных изделий и полимербетона, с прижимной футеровкой, с футеровкой и вентилируемым зазором, с внутренним одним или несколькими газоотводящими стволами из металла, керамики, сборного кремнебетона и конструкционных пластмасс | |
| сборные железобетонные с футеровкой или без нее | |
| металлические различной конструкции | |
| геометрические размеры | диаметр трубы определяется аэродинамическими, теплотехническими и санитарно-гигиенотехническими расчетами. Высота от 30 до 370 метров в зависимости от типа конструкции. Высоту кирпичных, армокирпичных (бескаркасных) труб следует принимать не более 100 м. При большей высоте применяются монолитные железобетонные трубы [2]. |
Целью данной статьи на ставился вопрос о ремонте и защите металлических и труб на основе композитных материалов. Мы ставим себе целью осветить ремонт железобетонных, кирпичных вентиляционных и дымовых труб. Согласно современным требованиям на проектирование, задаются параметры конструкции, и материалов, из которых данные сооружения изготавливаются (Таб. 2. [2]).
Таб. 2. Показатели, согласно отраслевой документации
| Показатель | Железобетонные дымовые трубы | Кирпичные дымовые трубы |
| Высота | 100 м и более | Не более 100 м |
| Прочность | бетон класса по прочности на сжатие не менее В22,5, В/Ц отношение ≤ 0,45 | Керамический кирпич марки не ниже 125, кладочный раствор марки не ниже 50 |
| Особые требования к материалу | сульфатостойкий портландцемент, сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками по ГОСТ 22266 или портландцемент марки не менее 400 | Водопоглощение кирпича не более 15 %. Допускается также применение пустотелого керамического кирпича с количеством пустот не более 5 %. |
| Водонепрони цаемость | ≥ W8 | |
| Морозостой кость | ≥ F200 | Более 25 |
| Толщина стенок | ≥ 200мм (верх). Толщина защитного слоя бетона следует принимать не менее 40 мм, а при наличии агрессивных газов увеличивать на 5 мм. | Более 1,5 кирпича |
| Армирование / усиление | По высоте кирпичной трубы следует предусматривать горизонтальные стяжные кольца из полосовой стали, шаг и сечение которых следует принимать по расчету, при этом толщина стяжных колец должна быть не более 10 мм, шаг — не более 1,5 м. | Армирование стенок монолитной трубы следует принимать двойным (с наружной и внутренней стороны) |
Следует отметить, что актуальные требования отличаются от заданий на проектирование, на основе которых изготавливались трубы первой массовой серии. Современные требования значительно ужесточились. Например, вместо однослойного армирования, применяемого ранее, введена необходимость применения двухслойного армирования. Минимальные требования по прочности на сжатие бетона выросло с В 15 до В 22,5. Ужесточились требования также к рабочей арматуре, и введены требования к бетону по морозостойкости и водонепроницаемости. Не менее важным является дополнение по допущению в конструкции трещин: предельная ширина раскрытия трещин в растянутой зоне сечения не должна превышать: для верхней трети высоты трубы — 0,1 мм, для нижних двух третей высоты трубы — 0,2 мм. При соответствующем обосновании допускается ширина раскрытия трещин до 0,2 мм для верхней части и до 0,3 мм для нижней части дымовой трубы.
НЕДОСТАТКИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Недостатки при строительстве можно свести к следующим пунктам:
- недостаток качественных строительных материалов;
- недостаток необходимого оборудование и технологий;
- недостаток квалификации персонала и его мотивации;
- недостаток объективного контроля на всех стадиях приготовление и строительства. Погоня за сроками и планами производства;
- недостаток объективного мониторинга применения и строительство объектов. Типовые решения для нетиповых задач.
НЕДОСТАТКИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Реальный срок эксплуатации труб, как отмечалось ранее, для многих объектов уже значительно превысил проектный срок службы. За этот период иногда происходили значительные изменения в производственных процессах, требования по экологии, замена энергоносителей (угля на природный газ) и т.д., повлекших за собой дальнейшее некорректное использования труб. В СП [1] указаны требования при проектировании труб и перечень их довольно обширен. При рассмотрение нарушение при эксплуатации строения интересны те пункты, которые связаны с возможным изменением условий данной эксплуатации (Таб. 3). Особенно это касается параметров газового потока, а именно, его скоростью, аэродинамикой, давлением, влажностью и температурой, и, как следствие, влияние данного потока на объект. На фото приведены примеры, иллюстрирующие последствия при несоответствующих температурно — влажностных режимах (9,10,11) а также замена угля на природный газ; неполное сгорание топлива и вызываемые этим «хлопки» и разрушения тела бетона (12).
Таб. 3. Проектные требования, предъявляемые к условиям эксплуатации и конструктивным особенностям труб
| Параметр | Требования |
| Геометрические размеры трубы | Высота трубы определяется требованиями экологии, необходимым разряжением на уровне ввода газохода Диаметр трубы определяется аэродинамическими, теплотехническими и санитарно-гигиенотехническими расчетами. |
| Материал и конструкция трубы | Следует осуществлять на основании технико-экономического обоснования с учетом режима эксплуатации, специального оборудования для возведения, а также архитектурно-композиционных решений. |
| Материал и конструкция футеровки трубы | В зависимости от температуры и агрессивности отводимых газов футеровку следует выполнять из шамотного, кислотоупорного или керамического кирпича, а также из специального монолитного бетона, керамики, стали и композитных материалов. |
| Воздействие на футеровку | Для обеспечения трещиностойкости футеровки от температурных усилий перепад температуры по ней не должен превышать 80 °С для кирпичных футеровок. Для монолитных футеровок может быть допущен большой температурный перепад, который необходимо учесть при расчете несущего железобетонного ствола. |
| Скорость потока | Минимальная скорость стечения дымовых газов на выходе из дымовой трубы рекомендуется не менее 4 м/с для исключения эффекта «окутывания» верха трубы. Максимальная скорость на выходе определяется из условия отсутствия избыточного статического давления в дымовом канале. |
| Давление потока | В целях предупреждения проникания дымовых газов в несущие конструкции кирпичных и железобетонных труб с газопроницаемой футеровкой не допускается избыточное статическое давление внутри дымового канала. При наличии избыточного статического давления следует проектировать трубу специальной конструкции (с внутренним газонепроницаемым газоотводящим стволом или противодавлением в вентилируемом зазоре между стволом и футеровкой). В дымовых трубах с противодавлением (в зависимости от режима работы) следует применять естественную или принудительную вентиляцию воздушного зазора между стволом и футеровкой. Величина противодавления должна приниматься в каждом сечении трубы не менее 50 Па (5 кгс/м2). |
| Температура потока | Перепады температур надлежит определять на основании теплотехнических расчетов для установившегося потока тепла при наибольшем значении температуры отводимых газов и расчетной температуре наружного воздуха. |
| Подключении нескольких агрегатов или образование конденсата | Следует проектировать многоствольные трубы с несколькими газоотводящими стволами, расположенными внутри несущего ствола трубы. |
Фото 9, 10
Фото 11, 12
Обрушение труб различных конструкция является катастрофических итогом, вызванным одной из причин, перечисленных выше. Возможно ли избежать столь серьёзных последствий? Мы считаем, что можно. Это многофакторный вопрос, требующий детальной проработки, который основывается на базовых принципах:
- Существование и разработка современных стандартов по мониторингу и ремонту данных объектов;
- Постоянный мониторинг объектов специализированными исследовательскими компетентными организациями, которые обладают опытом, необходимым набором инструментального контроля, позволяющего им выявить и разработать принципы ремонта;
- Профессиональные строительно-ремонтные компании, обладающие соответствующим высококвалифицированным персоналом и материальными ресурсами, способных выполнить качественный ремонт объекта;
- Использование в процессе ремонта ремонтных и защитных материалов, обладающих всеми необходимыми наборами характеристик, стабильного и прогнозируемого качества от надежного производителя.
- При возможности, ликвидация или минимизация негативных воздействий, приводящих к разрушительным воздействиям на конструкцию.
В последующих разделах мы рассмотрим виды дефектов, технологии и материалы, предлагаемых компании МАПЕИ, для решения подобных задач.
Виды дефектов
До 1 января 2021 года на территории РФ действовал основополагающий документ РД 03-610-03 «Методические указания по обследованию дымовых и вентиляционных промышленных труб». В данном документе определялись основные дефекты и повреждения труб, а также рекомендации по проведению обследований объекта. Сейчас этот документ не действует, что наряду с отменой Ростехнадзором еще 2014 году «Правил безопасности при эксплуатации дымовых и вентиляционных промышленных труб» ПБ 03-445-02 лишило нормативной базы эксплуатацию и обследование дымовых труб.
Компания ЗАО МАПЕИ выпускает серию сборников, посвящённых ремонтным и защитным материалам, применимых к различным отраслям строительства. Сборник № 3 «Ремонт дымовых и вентиляционных труб» [5] разработан Филиалом ОАО «ИЦ ЕЭС» — «Фирма ОРГРЭС», с целью дать необходимую информацию по видам дефектов, встречающихся на дымовых и вентиляционных трубах, технологии ремонта и материалах, используемых для данного ремонта.
Ежегодно в отрасли ремонтируется более 100 дымовых труб. Выполняется полная или частичная замена кирпичных футеровок и теплоизоляции, наиболее подверженных коррозионному износу, замена оголовков труб, усиление ослабленной части железобетонных стволов обоймами, восстановление защитного слоя бетона ствола с наружной стороны. Все в большем объеме производятся работы по реконструкции дымовых труб, которыми предусматривается устройство более газоплотных футеровок в железобетонных и кирпичных трубах. Техническое решение по ремонту или реконструкции трубы должно обеспечивать больший последующий ресурс эксплуатации, максимальное сокращение затрат на ремонтно-эксплуатационное обслуживание дымовой трубы, сведение к минимуму вынужденных остановок теплосилового оборудования для ремонтных работ внутри ствола дымовой трубы. Основные виды ремонтопригодных дефектов (согласно рекомендациям компании МАПЕИ) представлены в Таб. 4. Мы не рассматриваем дефекты, связанные с ошибками при проектировании и глобальными ошибками при строительстве.
Перед проведением работ по защите и ремонту [6] следует определять техническое состояние конструкции, включая оценку дефектов и их причин, а также оценку способности конструкции выполнять свои функции. Процесс определения технического состояния конструкции должен предусматривать следующие операции, но не ограничиваться только ими:
а) визуальное определение технического состояния бетонной конструкции;
б) проведение испытаний по определению показателей бетона и арматуры;
в) выполнение поверочного расчета несущей способности конструкции;
г) оценка условий окружающей среды, включая воздействие загрязнителей;
д) изучение истории эксплуатации бетонной конструкции, включая воздействия окружающей среды;
е) оценка условий эксплуатации (например, нагружение и другие виды воздействия);
ж) определение требований по дальнейшей эксплуатации.
Таб. 4. Основные виды дефектов и причины их возникновения
| № | Наименование повреждения, дефекта | Вероятная причина возникновения дефекта, повреждения | Категория Опасности |
| 1 | Разрушение защитного слоя, обнажение и кор- розия арматуры трубы | Размораживание, выщелачивание, карбонизация бетона | «А», «Б» |
| 2 | Следы выхода конден -сата на наружную поверхность трубы | Нарушение газоплотности футеровки неплотные швы бетонирования | «Б» |
| 3 | Сквозные отверстия в стенке трубы | Коррозионное разрушение бетона, кирпича, металла из-за отсутствия гидроизоляции, антикоррозионной защиты бетона ствола и футеровки | «А», «Б» |
| 4 | Неплотная заделка монтажных проемов | Дефекты строительства | «Б» |
| 5 | Разрушение кирпича на глубину более 50 мм по 1/2 периметра и более | Размораживание и расслоение кирпичной кладки из-за повышенной паропроницаемости ствола, низкая температура и высокая влажность дымовых газов | «А» |
| 6 | Вертикальные трещины раскрытием более 10 мм в кирпичных трубах | Нерасчетные температурные напряжения в стенке ствола или недостаточное обжатие метал -лическими бандажами | «Б» |
| 7 | Пониженная, по сравнению с проектом, прочность бетона ство-ла более, чем на 30% | Несоблюдение технологии бетони -рования. Нарушение структуры бетона от воздействия агрессивной парогазовой среды | «А», «Б» |
| 8 | Сульфатная коррозия футеровки и внутренней поверхности бетона ствола | Воздействие конденсата дымовых газов при работе котлов на сернистом топливе из-за наличия «мокрого» режима эксплуатации и недостаточной газоплотности фу – теровки | «А», «Б» |
| 9 | Сетка трещин на поверхности ствола дымовой железобетонной трубы с раскрытием до 5—8 мм | Отслоение защитного слоя бетона при глубоком расположении арматуры, недостаточная газоплот -ность футеровки | «Б» |
| 10 | Трещины по ходу расположения вертикальной арматуры | Заниженная толщина защитного слоя, коррозия арматуры, темпера -турные напряжения | «Б» |
| 11 | Повреждение вновь восстановленного защитного слоя трещинами, его отслоение и обрушение | Более высокая плотность нового бетона по сравнению с бетоном ствола. Формирование зоны размораживания бетона под новым защитным слоем | «Б» |
| 12 | Разрушение кирпичной кладки лещадкам и на глубину не более 20 % толщины футеровки | Воздействие эксплуатационной среды | «Б» «А» |
| 13 | Недостаточное армиро -вание железобетонного ствола дымовой трубы | Коррозионный износ арматуры. Недостаточная тепловая защита бетона ствола. Более высокая сейсмичность по сравнению с принятой в проекте | «А» |
| 14 | Недостаточная несущая способность кирпичного ствола дымовой трубы | Повышенные сейсмические воздей-ствия. Повышенные температурные воздействия | «А» |
| 15 | Обводнение подземной части дымовой трубы | Нарушение, неисправность гидро -изоляции, наружной поверхности фундамента дымовой трубы | «Б» |
| 16 | Повреждение коррозией несущих балок и сборных плит перекрытия в трубе | Неисправность гидроизоляции перекрытия, протечки конденсата дымовых газов через неплотности в железобетонном перекрытии | «Б» |
| 17 | Обводнение подземных газоходов | Неисправность гидроизоляции наружной поверхности стен и перекрытий газоходов | «Б» |
| 18 | Повреждение кор -розией поверхности и арматуры железобе -тонных плит кровли газохода | Неисправность гидроизоляции кровли | «А», «Б» |
| 19 | Шелушение поверхности бетона и маркировочной окраски | Воздействие внешней (в основном) среды | «Б» |
| 20 | Крупнопористый бетон ствола трубы, не заделанные ниши и отверстия в футеровке | Несоблюдение технологии бетонирования | «Б» |
| 21 | Повреждение корро -зией поверхности балок и плит перекрытия дымовой трубы и железобетонных плит перекрытия газоходов | Воздействие эксплуатационной среды | «А» «Б» |
| 22 | Недостаточная толщина железобетонной обоймы, усиление размораживания бетона ствола под обоймой | Упущение в проекте или при устройстве обоймы | «А», «Б» |
| 23 | Разрушение отмостки у трубы (трещины, просадка) | Некачественное выполнение обратной засыпки отмостки, старение материала, нерасчетные нагрузки и механические воздействия | «Б» |
Из представленной таблицы видно, что к основным видам наружных ремонтных работ железобетонных труб следует отнести:
- устранение неплотностей в швах бетонирования железобетонных труб;
- устранение повреждений защитного слоя бетона в виде сколов, крупнопористого бетона, трещин, отслоений, обнажения и коррозии арматуры;
- усиление ствола железобетонными обоймами в местах пониженной прочности бетона;
- восстановление маркировочной окраски ствола трубы;
- ремонт и антикоррозионная защита металлоконструкций светофорных площадок, лестниц, систем молниезащиты светоограждения.
К числу основных работ по ремонту внутренних конструкций железобетонных и кирпичных труб относятся:
- частичная или полная замена кирпичной футеровки и теплоизоляции;
- восстановление разделительной стенки в трубе;
- устранение пустошовки и восстановление антикоррозионной защиты внутренней поверхности футеровки;
- ремонт внутренней поверхности железобетонного ствола;
- восстановление гидроизоляции и антикоррозионной защиты бетона ствола.
В зависимости от вида, дефекты подразделяются по двум категориям, каждая из которых обозначает класс опасности: категория «А» — дефекты и повреждения основных несущих конструкций труб, представляющие непосредственную опасность их разрушения, категория «Б» — дефекты и повреждения труб, не представляющие при их обнаружении непосредственной опасности разрушения их несущих конструкций, но способных в дальнейшем вызвать повреждения других элементов и узлов или при развитии повреждения перейти в категорию «А». Соответственно и ремонтные мероприятия должны разрабатываться с учетом этих категорий. Таким образом дефекты, относящиеся к категории «Б» допускается устранять по технической документации, разработанной проектно-конструкторскими подразделениями организаций, эксплуатирующих объект. Дефекты и повреждения категории «А» и повреждения категории «Б», способные при быстром развитии перейти в категорию «А», должны устраняться только в соответствии с технической документацией, разработанной специализированной организацией, имеющей разрешение (лицензию) Госстроя России на данный вид деятельности и экспертизы промышленной безопасности технической документации (проекта), утвержденной Госгортехнадзором России.
Выбор технологии ремонта. Требования к ремонтным составам.
Согласно рекомендации одного из основополагающего отраслевого стандарта [6] существует стратегия управления эксплуатацией сооружения. Согласно данной стратегии существует несколько вариантов по определению мер для обеспечения требований долговечности конструкций:
а) в течение определенного периода времени не предпринимать никаких действий, кроме мониторинга конструкций;
б) провести поверочный расчет несущей способности конструкции и повторный анализ изменения ее технического состояния, возможно, приводящего к ухудшению функционирования конструкции;
в) предотвратить или уменьшить дальнейшее разрушение конструкции;
г) провести усиление или ремонт и защиту всей конструкции или ее части;
д) провести реконструкцию или замену всей конструкции или ее части;
е) утилизировать всю конструкцию или ее часть.
Выбор стратегии управления эксплуатации сводится в конечном счете к сравнению технико – экономического обоснования надежного ремонта или утилизации конструкции. Не будем останавливаться на факторах, влияющих на выбор стратегии управления эксплуатацией сооружения – это сложный вопрос, далеко выходящий за цель данного обзора. Если принимается решение по ремонту сооружения, то технологии и материалы должны выбираться и соответствовать принципам методов защиты и ремонта бетона [6,7].
Ограждающие конструкции железобетонных дымовых труб (ствол трубы, футеровка) эксплуатируются в условиях высоких градиентов температурных, влажностных, избыточного давления и разрежения в газоотводящем тракте, воздействия ветровых нагрузок, агрессивной внешней и внутренней среды. При выборе ремонтных материалов для наружного ремонта первостепенное значение имеют:
- более высокая паропроницаемость нового защитного слоя по сравнению с паропроницаемостью ремонтируемого кирпичного или железобетонного ствола. Такое же требование должно предъявляться к материалам по маркировочной окраске труб;
- высокая адгезия к бетону ствола вновь наносимого защитного слоя, безусадочность, трещиностойкость, морозостойкость.
При выборе материалов для ремонта футеровки и внутренней поверхности бетона ствола должны быть обеспечены: термостойкое, трещиностойкое, коррозионностойкое, с гидроизолирующими свойствами защитное покрытие в виде обмазки, окраски, фиброторкрета и других покрытий для выполнения функции вторичной защиты.
Достижение нормируемых значений ремонтного материала, долговечности работы защитного покрытия зависят от соблюдения технологии проведения ремонтных работ на всех его этапах: от подготовки места для ремонта, приготовления ремонтного состава, его нанесения, до организации ухода за отремонтированной поверхностью, предотвращая быстрое испарение воды, снижая за счет этого в ремонтном слое гидравлические усадки и как следствие предотвращая на ней образование микротрещин.
Таб. 5. Виды ремонта. Выбор материалов.
| Номер дефекта, согласно Таб. 4 | Вид ремонта | Наименование материала |
| 1 | Нанесение антикоррозионного состава. Восстановление защитного слоя бетона | Mapefer 1K Mapegrout Thixotropic |
| 2 | Восстановление неплотных швов бетонирования | Mapegrout Thixotropic |
| 3 | Заделка локальных более глубоких и сквозных разрушений ствола трубы | Mapegrout Thixotropic |
| 4 | Ремонт материала монтажных проемов | Mapegrout Thixotropic |
| 5 | Разборка ствола до ненарушенной кладки, восстановление гидроизоляционного, антикоррозионного покрытия изнутри ствола или футеровки | Mapefer 1K Mapegrout Thixotropic |
| 6 | Установка дополнительных бандажей, соблюдение режима сушки и разогрева при пуске трубы | заделка трещин термостойким герметиком |
| 7 | Усиление ствола трубы | железобетонная обойма |
| 8 | Ремонт внутренней поверхности бетона ствола, антикоррозионная защита поверхности ствола замена теплоизоляции и футеровки | Mapefer 1K Mapegrout Thixotropic Mapelastic |
| 9, 10 | Удаление отслоившегося бетона. Ремонт поврежденных локальных участков или устройство обоймы. При необходимости дополнительное армирование при износе более 20 %. Антикоррозионная защита арматуры и бетона. | Mapefer 1K Mapegrout Thixotropic Mapelastic |
| 11 | Использование материала с максимально близкими характеристиками существующего основания | Продукты линейки Mapegrout |
| 12 | Ремонт футеровки путем нанесения фибробетона, торкрета. В случае разрушения кладки до 40-50 % толщины футеровка заменяется или устанавливается внутренний газоотводящий ствол | Mapegrout Thixotropic Mapegrout Gunite 300 AF |
| 13, 14 | Восстановление несущей способности ствола трубы путем устройства внешнего армирования | Система структур -ного усиления углеволокным волокном MapeWrap |
| 15 | Устранение протечек, выполнение гидроизоляции | Epojet, Epojet LV, Eporip Turbo, Foamjet F, Mapelastic |
| 16,17 | Ремонт поврежденного бетона | Mapefer 1K Mapegrout Thixotropic |
| 18 | Удаление отслоившегося бетона. Ремонт поврежденных локальных участков. Создание гидроизоляционного слоя. | Mapefer 1K Mapegrout Thixotropic Mapelastic |
| 19 | При необходимости очистка бетонного основания с локальным ремонтом тонкодисперсного продукта. Восстановление дневной маркировки и окраски ствола трубы | Monofinish, Elastocolor |
| 20 | Восстановление ремонтным материалом | Monofinish, Продукты линейки Mapegrout |
| 21 | Ремонт поврежденного бетона | Monofinish, Продукты линейки Mapegrout |
| 22 | Демонтаж обоймы усиления и устройство новой обоймы или инъектирование инъекционными составами зоны слабого бетона под обоймой | Составы линейки Mapegrout, Stabilcem Colorite Beton |
| 23 | Востановление и гидроизоляция отмостки | Topcem Pronto, Nivoplan Plus, Planiseal 88, Mapelastic |
В Таб. 5 представлены материалы, которые позволяют реализовать принципы ремонта и защиты железобетонных и кирпичных сооружений. В Таб. 6 производится описание данных материалов. Широкое применение высокотехнологичных материалов торговой марки MAPEI в ремонте и реконструкции дымовых и вентиляционных промышленных труб позволит повысить эффективность ремонта, сократить сроки производства ремонтных работ, выполнить работы с высоким качеством, сохранить сооружение в работоспособном состоянии, продлить его эксплуатационный срок службы и значительно сократить затраты на проведение текущих ремонтных работ и реконструкцию.
Таб. 6. Описание материалов
| Класс материалов | Наименование материалов | Описание материалов |
| Ремонтные материалы | Mapegrout Thixotropic | тиксотропный, безусадочный армированный состав на цементной основе, класс R4 |
| Mapegrout 430 | тиксотропный, безусадочный армированный состав на цементной основе, класс R3 | |
| Mapegrout 230 | тиксотропный, безусадочный армированный состав на цементной основе, класс R2 | |
| Stabilcem | ремонтная тонкодисперсная смесь для приготовления высокотекучих, инъекционных, расширяющихся растворных смесей, строительных растворных и бетонных смесей с компенсированной усадкой | |
| Monofinish | безусадочная быстротвердеющая смесь тиксотропного типа, предназначенная для выравнивания и чистовой отделки бетонных поверхностей, класс R2 | |
| Mapegrout Gunite 300 AF | ремонтная смесь на цементной основе, армированная фиброй, с быстрым схватыванием для торкретирования сухим способом | |
| Epojet | двухкомпонентная супертекучая эпоксидная смола для инъекций и анкеровки | |
| Epojet LV | двухкомпонентная супертекучая эпоксидная смола для инъекций и анкеровки, в том числе на влажных поверхностях | |
| Eporip Turbo | двухкомпонентная полиэфирная смола для герметизации трещин | |
| Foamjet F | двухкомпонентная полиуретановая смола, применяемая инъектированием, для консолидации и гидроизоляции конструкций, подверженных протечкам воды | |
| Защитные и гидро -изоляци -онные материалы | Mapefer 1K | состав на цементной основе для защиты арма- турных стержней от коррозии |
| Mapelastic | защитное покрытие бетона эластичное | |
| Planiseal 88 | защитное покрытие бетона абразивостойкое | |
| Colorite Beton | полупрозрачная краска на основе акриловых смол в водной дисперсии, применяемая для защиты бетона, железобетона | |
| Elastocolor | эластичная защитно-декоративная воднодис — персионная краска на основе акриловых смол | |
| Выравни — вающие составы | Topcem Pronto | состав для быстросохнущих стяжек со стандартным временем схватывания |
| Nivoplan Plus | выравнивающий состав | |
| Материалы для усиления | MapeWrap Primer 1 | эпоксидный грунтовочный состав |
| MapeWrap 11, 12 | состав для выравнивания поверхности эпоксидные | |
| MapeWrap 21 | состав для пропитки тканей MapeWrap | |
| MapeWrap GUNI-AX | однонаправленная ткань из углеволокна |
Массовое старение и более интенсивное, по этим причинам, снижение надежности дымовых труб стало одной из реальных угроз для надежного функционирования теплоэнергетики. Поэтому, в последнее время проблемы повышения эффективности ремонта и реконструкции дымовых труб привлекают все большее внимание научно-исследовательских, проектных институтов, специализированных организаций и компаний, занимающихся разработкой и производством новых более эффективных материалов и технологий для ремонтно-строительных работ. В рамках данной проблематики Институт «Гидропроект». на основании договора с компанией ЗАО «МАПЕИ» провел серию научно – исследовательских испытаний на предмет исследования основных физико-механических свойств (предел прочности при сжатии, усадка после прогрева до 105°С и 400°С) и адгезионной прочности ремонтного состава Mapegrout Thixotropic к кирпичу. На основании полученных результатов определена температура применения ремонтного состава Mapegrout Thixotropicи дана рекомендация по повышению адгезионной прочности к пористым материалам (кирпичу). Физический смысл данных исследований сводится к способности ремонтного материала использоваться для ремонта труб, в том числе из кирпича, в условиях значительного нагрева оболочек труб дымовыми газами.
В сборнике [5] можно подробно познакомиться с методикой экспериментального изучения данного материала, а также полученными результатами. Важным следствием является то, что такой высоко технологичный ремонтный материал может быть использован в достаточно широком перечне задач по ремонту железобетонных и кирпичных вентиляционных и дымовых труб.
Выводы
- Парк промышленных дымовых и вентиляционных труб в России огромен. Данные сооружения в большинстве своем относятся к сооружениям повышенного класса ответственности (КС-3), и играют огромную роль в народном хозяйстве страны.
- Недостаточное качество сооружений зависит от многих факторов: недостатки при проектировании, строительстве и эксплуатации. Многие трубы находится в неудовлетворительном состоянии. Потенциальную опасность представляют трубы послевоенного периода, первая массовая серия, т.к. проектный срок эксплуатации уже превышает нормативное значение.
- Самопроизвольное обрушение труб может привести к катастрофическим последствиям. Для предотвращения обрушения, исходя из технико – экономического обоснования принимается решение либо о ремонте, либо о демонтаже строения.
- Проблемы, связанные с сохранением данных объектов, лежат в плоскости мониторинга состояния и дальнейшего ремонта труб. Обследование должно осуществляться соответствующими компетентными аккредитованными организациями в соответствии с рекомендациями отраслевых стандартов. Однако, Ростехнадзор отменил действие отраслевых документов «Правила безопасности при эксплуатации дымовых и вентиляционных промышленных труб» ПБ 03-445-02 и «Методические указания по обследованию дымовых и вентиляционных промышленных труб» РД 03-610-03.
- Компания ЗАО МАПЕИ обладает необходимой компетенцией по подбору материалов для ремонта дефектных участков. Качество материалов, производство МАПЕИ, стабильно высоко. Продукты обладают достаточным и необходимым набором характеристик для решения поставленных задач в соответствии с технологиями и рекомендациями производителя. Физико – механические характеристики подтверждены необходимыми документами.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
- СП 43.13330.2012 «Сооружения промышленных предприятий». М: 2012
- Шматков Сергей Борисович /монография/ Анализ технического состояния и безопасности промышленных дымовых труб.
- А.Н. Шкинев «Аварии на строительных объектах…» М.: 1962
- ПСФ Энерго [электронный ресурс] – Режим доступа: https://trubaenergo.ru/publikacii/kniga/klassifikaciya/
- Разработано: Осоловский В.П. / Филиал ОАО «ИЦ ЕЭС» — «Фирма ОРГРЭС», Институт Гидропроект, ЗАО МАПЕИ / Ремонт дымовых и вентиляционных промышленных труб на предприятиях энергетики / М.:2020
- ГОСТ 32016-2012 «Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Общие требования» М:2014
- ГОСТР 56378-2015 «Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к ремонтным смесям и адгезионным соединениям контактной зоны при восстановлении конструкций» М: 2015
Kind regards,
Менеджер по технической поддержке
Баранов Евгений Евгеньевич
Togliatti