Методические рекомендации Методические рекомендации по технологии отепления грунта пенистыми материалами при его зимней разработке

МИНИСТЕРСТВО ТРА Н СПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ
НАУЧН
О-И ССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
(СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ТЕХНОЛОГИИ ОТЕПЛЕНИЯ ГРУН Т А
ПЕНИСТЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
ПРИ ЕГО ЗИМНЕЙ РАЗРАБОТКЕ

О д обрен ы Ми нтр ансстр оем

Москва 1 979

Изложены пр и нц ипы рационального и споль зования быстротвердеющих синтетических пен (БТП) и пенольда д ля за щи ты грунта в карьерах от промерзания в зимнее время. Приведены данные по выбору рецептуры, механизаци и и технологии изготовления пенистых покрытий, а также предложен расчет толщины отепляющих слоев. Дано экономическое обоснование применения отеплени я грунта при его ра зработке в зимних условиях строительства.

Предисловие

«М е тодические рекомендации по технологии отеплени я грунта пенистыми материалами при его зимней разработке» развивают положения действующих нормативных документов СНиП III - Д.5-73 и СН 449-72, ка сающиеся проведения з емляных работ в зимних условиях.

В основу настоящих «Методических рекомендаций» положены исследования Ленинградского филиала Союздорнии. Использованы также материалы, полученные во ВНИИГ им . Б . Е. Веденеева, СибНИИ ГиМе, ВНИИНЕРУДе, ИР ГИРЕДМЕТе, Ц НИИСе и других организациях по изготовлению и применению синтетических бы стротвердеющ их пе н (БТП) для защиты грунта от промерзания в зимних условиях. В работе учтен опыт ЛИСИ по отеплени ю грунта з амерзающими водово зду шны ми пена ми (пен ольдом).

Настоящие ««Методические рекомендации» составлены канд . т ехн. н аук В. М. Иевлевым при участии кандидатов технических н аук Ю. Я. Андрейченко (р азд. 5, прил ожения 3, 4) и М. П. К остельо ва (разд. 6).

1 Общие положения

1.1. «Методические ре к оменд ации по технол огии отепления грунта пенистыми материалами при его зимней разработке» предназначены для в озведения насы пей из грунтов карьеров и выемок, разрабатываемы х экскаваторами в зимнее время. При этом допускаетс я некоторое промерзание грунта, обусловленное мощностью применяемого экскаватора (20 - 25 см при емкости ковша экскаватора более 0, 65 м3).

1.2. Для защиты грунтов от промерзания в качестве основного т еплоизолирующего слоя рекомендуется применять синтетическую бы стротвердеющую пену (БТП ), изготовленную из мочевино-формальдег идны х (карбамидны х) смол. Для отепления небол ьших площадей можно использовать дешевый товарный пенопласт и его отходы различного вида.

1.3. Во д овоздушны е замерзающие пены (пенолед) применяют для усиления отепляющего действия пенопласта: в районах с суровым и холодным климатом - обязательно; при дефиците снегового покрова в районах с умеренным климатом - во второй половине зимы.

1. 4. Синтетическую пену следует укладывать в предзимний период при положительной температуре воздуха. В условиях морского климата, с частыми оттепелями в зимний период , пенопокрытие надлежит изолировать с поверхности водонепроницаемой пл енкой.

Получение пенольда из водовоздушной пены возможно при устойчивой температуре воздуха ниже -7 ÷ -8 °С.

1.5. Пенопласт, изготовленный из карбамидной см о лы, можно в последствии использовать для улучшения структуры, почвы в сельском хозяйстве, в частности для повышения водоудерживаю щей способности песчаны х грунтов, дренажа болотистых почв, защиты почвы от эрозии под действием атмосферных осадков. Внесение пены обогащает почву азотом, что повышает урожайность овощных культур.

2. Исходные материалы и состав пен

2.1. Для получения БТП в полевых условиях при годны любые типы мочевино-формальдегидны х (к арбамидны х) смол, выпускаемых отечественной промы шл енн остью. Кроме смолы, в состав БТП должны входить поверхностно-активные вещества (ПАВ), катализатор отвер ждения (крепитель) и вода. Для изготовления пенольда необходимы ПАВ и вода.

2 . 2. Стоимость и свойства различных типов смолы весьма близки (прилож ение 1 настоящих «М етодических рекоме ндаций»), поэтому при строительстве можно использовать их любые марки. Но если есть возмож ност ь выбора, предпочтение следует отдавать смолам, имеющим больший срок хранения и меньшую токсичность (М -48, М19 -62, К-2).

2.3. Для отверждения БТП следует использовать быстродействующие катализаторы. Наибольшее распространение из них получили соляная, щавелевая и ортофосфорная кислоты. Поскольку каждый тип смолы реагирует с одной или двумя кислотами, катализатор приобретают только после его проверки на реактивность с имеющейся смолой (с м. п риложение 1) .

2.4. Для вспенивания БТП можно применять с амые различные типы ПАВ, но наиболее удобны жидкие пожарны е пенообразователи (приложение 2).

Выбор типа пенообразователя диктуется возможностью приобретения, отпускной стоимостью, дальностью возки и т.д.

2.5. Оптимальный состав БТП ( % ) следующий.

М очевино-формальдегидная смола ................................................................................. 35

Слабоконцентрированная кислота (4 – 5 %) ................................................................... 16

Жидкий пенообра з ователь ............................................................................................ 2 - 4

Вода ..................................................................................................................................... 45

Например, для изготовления 100 м 3 БТ П кратностью 20 требуется 1700 кг смолы М1 9-62, 40 кг сухой щавелевой кислоты, 200 л пенообразователя ПО-1А и 4800 л воды.

Обычно смолу используют в пено г енераторе в виде эмульсии с в одой и пенообразователем, а кислоту - в виде слабого 4 - 5 % -ного раствора.

2.6. Для отепления небольших грунтовых площадо к и карьеров можно использ овать наиболее дешевые пено пласт ы фабричного изготовления, основные характеристики которых приведены в табл. 2.1. Более экономи чно оте плять грунт отходами различных пен опл астов (обычно стоимостью 8 - 9 р уб./м3,), равномерно рас пределенными по поверхности грунта и облитыми БТП, чтобы закрепить их и тем самым предохранить от раз дувания ветром.

Таблица 2.1

Основные характеристики фабричного пенопласта

Полистирольный пенопласт

Фторопластовый пенопласт ФРП-1, ФРП-2

Карбамидный пенопласт МФП

ПСБ

ПСБС

Плотность, кг/м 3 ............................................................

20 - 30

25 - 30

30 - 100

10 - 25

К оэффиц иент теплопроводности, кк ал /м · ч · град.  

0,030 - 0,034

0,030 - 0,034

0 ,0 30 - 0,045

0 ,0 24 - 0,030

Удельная теп лопроводност ь, ккал/ кг · г рад. ............

0,32

0,35

0,35

0,30

Себестоимость 1 м 3 , р уб. ............................................

20.67

20,67

39,73

8,10

2.7. Для изготовления пе н ольд а пожарные пенообразователи П О-1 и ПО-3 непригодны. Наиболее устойчив ый пенолед дают следующие составы воздуш ных пен:

а) 0,2 % -ны й водный раствор средства « Волгонат» (М РТУ 6-01″39- 65) с добавкой 0,05 к арбок си лметилцеллюлозы (КМЦ);

б) 0,2 %-ный водный раствор эмульгатора Е -3 0 (производство ГДР) с добавкой 0,05 КМ Ц или хозяйственного мыла.

3. Средства механизации

3.1. Стандартные п еногенераторы , предназначенные для изготовления пенопластов в полевых усло виях, о течественной промышленностью не выпускаются. Следует использовать либо наиболее удачные модели, разработанн ые отдельными организациями, либо приспособить для изготовления синтетической пены механизмы, имеющиеся в дорожно- строитель ны х организациях.

3.2. Для подготовки к зиме обычных и крупных дорожных карьеров можно применять модернизированную установ ку для отепления грунта бы стротвердеющ ей пеной*) (рис. 3.1) .

*) Установка разработана СибНИИГиМ ом, г. К расноярск.

Основные характеристики машины.

Емкость бака для эмульсии .......................................................................................... 12 0 л

Емкость бака для кислоты ............................................................................................ 20 0 л

Давление воздуха для вспенивания

эмульсии ............................................................................................................... 5 - 7 к г/см2

Давление воздуха в ба к е для кислоты ............................................................... 2 - 3 кг/см2

Расход сжатого воздуха ........................................................................................... 5 м 3 /мин

Пр оиз водительность по пене ......................................................................... 70 - 80 м3/час

Машину заправляют полностью рабочими р астворами за 30 - 35 мин насосами, смонтированными на раме автомобиля. Все узлы пеногенератора вместе с пу льт ом у пр авления закреплены на платформе, которая установлена на автомобиле ЗИЛ-157К. Силов ой установкой машины служит двигатель ав томобиля и пр ицепной компрессор ЗИФ-55. Пеногенератор позволяет пол уч ат ь к омпрессор пену кратностью от 10 до 40 - 60 и более.

Рис . 3 .1. Схе ма пеногенерирую щей установки СибНИИГ иМ а:

1 - компресс ор; 2 - указатели уровня; 3 - ре дук тор; 4 - бак для эмульсии; 5 - бак для кислоты; 6 - расход омеры ; 7 - о братны е клапаны; 8 - насосы ; 9 - тара с кислотой; 10 - с меситель; 11 - тара со смолой (п ен ообразователем); 1 2 - перепу ск ной клапан; ⋈ - вентили;  - краны ; ? - с чет чи ки-ли тро меры

3.3 Синтетическую пену в небольших объемах можно изготовлять портативными эжекционными пеногенераторами*). Подобные аппараты собирают по двум основным схемам (р ис. 3.2).

*) Пеногенератор разработан во ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, г. Ленинград.

Схема А. Раст в ор смолы и пенообразователя подают насосом в смеситель, где о пр ыскивают кислотой. Здесь происходит предварительное вспенивание рабочей смеси, а окончательно структура пены формируется в воздухосмесителе.

Схема Б. Все растворы подают сжатым воздухом с помощью компрессора или баллона в смесители, где рабочую смесь вспенивают, а пену опрыскивают в конце системы, на выходе. Преимущество описанной схемы в том, что не происходит преждевременного схватывания смеси, благодаря чему уменьшается опасность закупорки напорной линии и штуцеров затвердевшими кусками пены. Это способствует более качественному формированию структуры и получению пены высокой кратности.

Пеногенераторы для удобства пользования следует монтировать на прицепных к автомобилям или тракторам колесных тележках.

3.4. Основным элементом пеногенераторов подобного типа является пеносмеситель эжекционного действия. Наиболее простая модель предложена ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. Оптимальные параметры пеносмесителя приведены в табл. 3.1.

Выходную часть насадки и входную диффузора при изготовлении п ен осмесителя раззенковы вают под углом 45°, а внутреннюю камеру полируют. Оси насадк и и диффузора должны строго совпадать. Во избежание быстрой коррозии пеносмеситель рекомендуется изготовл ять из нержавеющей стали.

Таблица 3.1

Основные параметры пеносмесителя

Величины параметров

Пр оизводительность по пене, м3/мин .................................

1 - 1,5

5

10

Диаметр отверстия насадки d , мм ......................................

5,5

9

15

Уг ол конусности насадки Lк ..............................................

13

13

13

Диаметр горловины диффузора d г , мм ...............................

5, 8

11

18

Угол конусности диффузора L к .........................................

6

6

6

Длина горловины l , мм .....................................................

30

50

90

3.5. Воздухосмеситель может быть з аимствован из противопожарных устройств либо изготовлен по аналогии, например, с воздухосмеси телем 3 (см. рис. 3.2), где смесь вспенивается в конусной камере ( L к = 8,5 °), воздух в которую подается из отверстий, просверленных в стенках диффузора под углом 45° к его оси.

3.6. Остальные элементы пено г енерирующей установки выбирают в соответствии с параметрами изготовленного пеносмесителя. Для того чтобы обеспечить производительность пеног енератора по пене 1 - 2 м3 /мин, необходимы компрессоры с рас ходом воздуха 1, 5 - 3 м3 /мин и давлением более 6 кг/см2, гидравлические насосы со скоростью подачи жидкости бо лее 2 - 3 м3 /час и т.д. Кроме кранов, манометров, ресиве ров , желательно снабдить пеног ене раторы д вумя доз аторами- расход оме рами, поддерживающими оптимальную дозировку компонентов в смесителе. Бак для кислоты по объему должен быть в 5 - 6 раз меньше большого бака и иметь внутреннюю футеровку, защищ ающую металл от коррозии.

Рис . 3 .2. Основные схемы ( А, Б) эжекционн ых пеногенерато ров:

1 - ги дравлический насос; 2 - п енос мес ит ель; 3 - возд ухо смеситель; 4 - компрес сор (баллон); 5 - бак с раствором смолы и ПО; 6 - бак с кислотой; 7 - к ран с манометром (и реси вером); 8 - о братный клапан, d 1 , d 2 - д иаметры насадки и горловины (см. т абл. 3.1)

3.7. При сборке пеногенератора все соед и нения необходимо тщательно подгонять, а герметичность системы проверять специальными гидравлическими испытаниями под давлением, на 30 - 50 % превышающим рабочее давлени е напорной линии пеногенератора.

3.8. Для приготовления водовоздушной пены можно использовать пожарные пенообразу ющ ие устройства малой производительности: стволы ручные воздушно-пенные (типа СВП и СВП Э), пеног енера торы (типа ПС), автоцистерны, автополивщ ики с пеноген ерирующими насадками и т.д. Для получения водовоздушны х пен пригодны также любые генераторы БТП. В последнем случае в большой бак заливают воду с ПО, а кислотн ую линию отключают.

4. Технология работ

4.1. Перед выездом на объект на базе отрабатывают оптимальный режим работы пеногенератора снач а ла на воде, затем на всех компонентах. При испыта ниях проверяют правильност ь эжекции (пен ообразования) с контролем кратности выходящей пены (н е меньше 20 - 30), скорости отверждения пены (20 - 30 мин), степени усадки пены (не более 10 - 15 % толщины слоя).

В процессе рабо т производят необходимую подрегулировку расходомеров и уточняют величины рабо чих давлений в основных узлах пеногенератора. В первом приближении их принимают

в линии подачи эмульсии - 5 - 6 кг/см2;

в линии подачи кислоты - 2 - 3 кг/см2.

4.2. Баки пеногенератора н аправляют рабочими компонентами и вместе с компрессором перемещают к месту отепления грунта. Здесь к п еног енератору подключают насосы, компрессор и начинают изготовлять пену. Порядок работ при этом следующий: после включения силовой установки открывают впускные вентили и давление в баках доводят до расчетного. Затем открываю т входны е краны, в результате чего растворы попадают через дозаторы в смеситель (реактор) и образуется пена. По выходу работ допускается нек оторая подрегул ировка приборов, обеспечивающая поддержание расчетных давлений и оптимальное дозировани е компонентов в смесителях. С помощью шланга пену наносят на отепляемую поверхность.

4.3. Во время работы необходимо периодически очищать выводной рукав пено г енератора от кусков налипшей и затвердевшей пены. Для этого рукав отсоединяют от пеносмесителя и продувают сжатым воздухом от компрессора. В конц е смены и при остановке работ по той или иной прич ине баки пеноген ератора освобождают от растворов, а всю систему промывают горячей водой.

4.4. Расчетну ю толщину пенопокры ти я контролируют высотными шаблонами, которые следует устанавливать на поверхности карьера до начала работ. Пену наносят на отепляемую поверхность слоями толщиной 5 - 6 см. Розли в очередного слоя допускается только после затвердения нижнего слоя пены, т.е. через 30 - 40 мин после его укладки.

4.5. Розлив пены рекомендуется вести при ясной и тихой погоде. При скорости ветра свыше 7 - 10 м/ сек пену следует укладывать плотно, для чего струю пены направляют под углом 45 - 60° к отепляемой поверхности грунта. В случае выпадения атмосферных осадк ов и при скорости ветра более 12 - 15 м/сек работы по из готовлению БТП з апрещаются.

4.6. Гидроизоляция синтетической пены достигается либо розливом по ее поверхности карбами д ной смолы слоем 3 - 5 см, отверждаемой обычным способом, н о без в спенивания, либо набры згом битумной эмульсии или другими способами. Во всех случаях перед нанесением изоляции пену высушивают на воздухе до возд ушно- сухого состояния.

4.7. Водовоздуш ную пену рекомендуется нанос ить на отепляемую поверхность слоями толщиной 5 - 6 см при температуре воздуха от -7 до -15 °С и толщиной 8 - 10 см при температуре ниже -15 °С. Укладка очередного слоя допускается только после замерзания предыдущего. Кратность водовоздушной пены необходимо поддерживать в пределах 20 - 40. Во избежание раздувания пены при скорости ветра более 6 - 7 м/сек намораживание пенольда следует прекратить. Растаявший пенолед можно впоследствии восстанавливать вторичны м намораживанием пены при понижении температуры воздуха до -7 ° С.

4.8. Очищать поверхность карьера от отепляющих слоев в о избежание промерзания грунта следует лишь на площади , которая может быть раз работана экскаваторным звеном за 1 - 2 смены.

5. Расчет толщины теплоизолирующих слоев

5.1. Необходимая толщина теплоизолирующего слоя зависит от закономерности изменения температуры во з духа за расчетный зимний период, начального распределения температуры по глубине отепляемого грунта, температуры слоя БТП в момент его нанесения, а также теплофизически х характеристик материала слоя и грунта. Поэтому для ра счета толщины защитного слоя БТП необходи мо знать:

климатическую характеристику места стро и тельств а, включающую ход изменения температуры воздуха по месяцам в течение года;

вид и состояние грунта и его теплофизичес к ие свойства;

распределение температуры в грунте по глубине в момент его отепления;

тепл офизические характеристики отепляющего слоя;

график ра з работки карьера во времени.

5.2. Толщину теплоизолирующего слоя рассчитывают по результатам теоретического решения операционным методом нестационарной задачи о двухслой ном полупространстве, представляющем собой слой теплоизол яции конечной толщи ны, уложенный на грунтов ое полупространство (с м. п риложение 3 и рис. 5.1, А ). При постановке задачи принято, что в системе преобладает перенос тепла за счет теплопроводности; ми грация влаги в грунте и наличие снегового покрова на глу бину промерзания не влияют.

5.3. Начальную температуру теплоизолир ующего слоя t 1 принимают постоянной по его толщине и равной температуре воздуха в момент устройства слоя БТП (рис. 5.1 , Б ).

5.4. Годовой ход температуры воздуха по месяцам принимается на основе многолетних статистических данных (табл. 1 СНиП II -А .6- 72) и предполагается из меняющимся по следующему закону (рис. 5.2):

,                                              (5.1)

где t ср -   среднегодовая температура воздуха , °С;

T -    период изменения температуры воздуха за год, час; Т = 8760 час;

τ -     расчетное время с момента нанесения слоя БТП до начала разработки грунта в к арь ере, час;

Δτ - время, отсчитываемое от момента п ере хода кривой температуры воздуха через 0 ° С до момента, с оответствующего началу отепле ния грунта, ч ас; Δτ берется со знаком (+ ) при поло жительной t ср и со знаком ( -) - при отрицательной t ср ;

tm = 0,5 (t+max + t-max),                                                         (5.2)

гд е t + max - максимальное значен и е средн емесяч ной поло жи тельной темпе ратуры;

t + max - максимал ьное значени е среднемесячн ой от рицатель но й те мпера ту ры, прини маемо й по та бл. СНи П II -А.6 - 72.

5. 5 . Распредел ени е те мпера тур ы в грунте в момент нанесения слоя БТП принимается по форму ле (см. рис. 5.1, Б):

Р ис . 5.1. Ис ходная модель для ра счета теплоизолирующего слоя :

А - грунтовое полупространство с отепляющим слоем БТП; Б - начальное распр е делен ие температур в гру нте под БТП

tzp ( Z ) = tzp - ( tzp - tzp 0 ) e - μZ ,                                               (5.3)

где tzp -    равновесная температура на глуб и не 3 - 6 м, ° С;

tzp 0 -    температура на поверхности груза в момент укладки БТП, ° С;

μ -       постоянный коэффициент; μ ≥ 0;

Z -       глубина , м.

Коэффициент μ подбирают по данным распределени я температуры грунта по глубине.

Рис . 5 . 2. Кривая изменения температуры воздуха (г. Волгоград)

5.6. За момент нанесения слоя БТП на поверх н ость грунта в карьере рекомендуется принимать момент, соответствующ ий переходу кривой температуры воздуха через 0 °С.

5.7. Тол щ ина теплоизолирующего слоя должна обеспечивать полную защиту грунта от промерзания, в свя зи с чем температура грунта на контакте с теплоизолятором [ t к ] д опускается:

для песка о т - 0, 3 до -0,6 °С;

для суглинка от -0,9 до - 1, 4 °С;

для глины от - 1, 8 до - 2,0 °С.

З дес ь [ t к ] - температура ль д ообразования в грунте.

5.8. При назначении толщины теплоизолирую щ его сл оя и спользуют расчетн ые зн ачения сле дующих т еплофиз ич еских характеристик БТП и грунта:

ко э ффициенты те плопроводности и тем перату ропроводности;

удельную теплоемкость .

Значения те пл офизи ческих характеристик БТП и грунтов след ует определять экспериментальным путем, например, по методике, пре длагаемой в « Методических рекомендац иях по п роек тированию и ус тройству теплоизолирующих слоев на пу чиноопасны х участках автомобильных дорог» (С оюздо рнии. М ., 1976 ).

При от су тствии требуемой ап парату ры теплоф изические показатели материалов можно назн ачать по данным табл. 5.1 и рис. 5.3.

Рис. 5.3. Завис и мость коэ ффи циента теплоп роводности от объ емной массы БТП

Ко э ффициен т температуропроводности следуе т оп ре делять по формуле

,                                                               (5.4)

гд е λ -   ко э ффиц ие нт т епл оп роводности , ;

c -   удель н ая теплоемкость, ;

γ -   объемная масса, кг/м 3 .

Удельная теплоемкость БТП при и з менени и плотн ости материал а от 20 до 60 кг/м3 прини мается 0,3 2 - 0,35 .

Таб ли ца 5.1

Вид грунта

Основные характеристики влажного грунта

Влажность, %

Объемная масса, кг/м3

Удельная теплоемкость,

Коэффициент теплопроводности,

Коэффициент температуропроводности, м2/час

Песок

10

1 700

0, 253

1,75

0 ,00407

20

1900

0, 336

1,9

0,0029 8

30

2171

0, 419

2,05

0,00225

40

2533

0, 50 2

2,22

0 ,00 175

Суглино к

1 0

1711

0,258

1,4

0, 00317

20

1925

0,340

1,65

0, 00252

30

2200

0,422

1,96

0,00211

40

2567

0,505

2,31

0, 00178

Гли на

10

1 622

0,262

1,10

0,0025 9

20

1 825

0,344

1,39

0, 00211

30

2086

0,426

1,88

0,00196

40

2416

0,508

2,40

5.9. Окончатель н ый расчет толщи ны теп лоизоли рую ще го слоя из БТП ведется по формуле, при веденной в п рил ожении 3 настоящих «Методических рекомендаций» . В ви ду трудоемкости расчета его рекомендуется производи ть на ЭВМ*).

*) В Ленинградском филиале С оюзд орни и разработана программа расчета на Э ВМ «Н аи ри-2». Она м ож ет бы ть в ыслана заи нтересованным организациям по за просу.

Р ис . 5.4. Определение н еобход имой толщи ны БТП, о бе спечив ающе й полн ую защ иту песчан ого (супе счаного) грунта от промерзан ия при разли чн ой норм ативной глубине промерзани я грунта h 0 : 2,4 м (1 ); 1,9 м (2) ; 1 ,6 м (3) ; 1,4 м (4); 1, 2 м (5); 0 ,9 м (6)

5 . 10. При отеплении карьера, сл оженного из песчаного или супесчаного грунта, толщину защ итного слоя БТП можно опред елять по номограмме рис. 5.4 в соответствии с нормативной глубиной промерзания грунта, ука занной в приложении 4. Номограмма построена для БТП с объемной массой 60 кг/м3 . Для БТП с 30 к г/м3 расчетную толщину отепляющего слоя уменьшают в д ва раза. Влияние снегового покрова не учитывается.

5. 11 . При использовании пенол ьда для усилени я действия БТП толщина последней может быть несколько снижена. В этом слу чае необходимую толщину слоя БТП при нимают, исходя не и з нормативной глуб ины промерзания грунта, а из глубины проме рзания грунта под снегом в соответствии с нормативной толщ иной снегового покрова ( рис. 5.5). Суммарная толщин а пенольда и снега дол жна превыша ть нормативную тол щину снегового покрова в декабре - январе.

Р ис . 5.5. Глуби на промерзани я грун та без утепления (1 ) и под снегом или пенольдом при толщин е слоя 0, 2 м (2 ); 0,2 - 0 ,4 м (3) ; 0,4 - 0 ,6 м (4); более 0,6 м (5 )

5.12. Для сокра щ ения ра схода отепляющего материала толщи ну БТП следует рас считывать в соответст вии со сроком разработки грунта в карьере. При эксплу атации к арьера в тече ние всего зимне го периода на основании расчетов ст роится л иней ный график отепления (рис. 5.6), в соответствии с которым и производят разбивку терри тории и розлив пены по поверхности карьера (см. п . 4.4).

Р ис . 5.6. Лин ейный графи к отепл ени я грун та с помощ ью БТП (1) ; БТП и снега и ли пенольд а (2); динамика нарастания снегового покрова (3)

Необходимую толщину БТП н аход ят по нижней части н омограммы (см. р ис. 5.4) для каждого месяц а по ве личине нормативной глуби ны промерзания грунта h 0 .

6. Стоимость работ

6.1. Стоимость отеплени я грунта определяется: отп ускн ой це ной исходных продуктов и дальностью дост авки к месту работ, степенью технологичности и механизаци и, плотностью (кратностью) пены, толщ иной за щит ных слоев и площадью отепляемого карьера.

6.2. При расчете ориентировочной стоимости синтетической пены, изготовленной с помощью передвижных пен ог енераторов из смол кла сса мочевино-фо рмальд егидны х, можно принимать, что по отношению к общей себестоимости пенопласта стоимость материалов составл яет от 70 до 83 %, расходы на механизацию и оплату труда - от 5 до 15 %, прочие расходы (транспорт, п еребазировка и амортизация механизмов) - 2 - 6 %.

6.3. Прим е рная калькуляция себе стоимости 1 м3 пенопласта объ емной массой 30 - 40 кг/м3, изготовленно го на основе смолы М19 -62 с помощью пеног енерато ра СибНИИГиМ а, приведена в табл. 6.1 .

Таб лиц а 6.1

Статья затрат

Расход, кг

Отпускная, цена 1 кг, руб.

Суммарная стоимость, руб.

Смола М1 9- 62

17

0,18

3,06

Щавелевая кислота (сухая)

0,4

1 , 60

0,64

Пенообразователь ПО- 1А

2

0,35

0 , 70

Механизация и зарплата

-

-

0,60

Транспортировка компонентов и перебаз и ровка машин

-

-

0,15

Итого:

5,15

6.4. Себ е стоимость пен опласта можн о значительно снизить путем повышения кратности БТП (рис. 6.1) . Однако не рекомендуется бесконечно повышать кратность пены, так как при этом резко падает прочность и растет усадка БТП. Для рай онов Севе ро- За пада СССР оптимальная кратность пены не более 30 - 40.

Ри с. 6.1. Зависи мость стоимости пенопласта от толщ ин ы слоя и кратн ости пены (цифры на кривых - кратность пены)

6 . 5. Э кономическую эффективность отепл ения грунта синтетиче ской пеной и пенольд ом можно определить по номограмме рис. 6.2. Здесь приведена стоимо сть как отепления, та к и рыхления мерзлого грунта механи че ским способом в случае свободного п ромерзания грунта в карьере. Стоимость работ дана в зависимо сти от нормативной глубины промерзания грунта.

Рис. 6 . 2. Экономическое сравнение стоимости отепле ния и рыхления мерзл ого грунта:

1 - отепление промышленным пенопластом (мипо ро й); 2 - от епл ение с помощью БТП (γ = 80 - 90 кг/м3); 3 - ры хле ние шар- молотом или с помощ ью взрыва и последующ его дробления и уплотнения мерз лых комьев; 4 - от епле ние БТП (γ = 50 - 60 кг/ м3 ); 5 - рыхление навесным рыхлител ем с послед ующ им дроблением и уплотнением мерзлых комьев; 6 - засолени е хлористым натрием; 7 - отепле ние с помощью БТП (γ = 20 - 30 кг/м3 ); 8 - о тепл ен ие пенольд ом

6.6. Полную стоимость отепления карьеров в к аждом конкретном случае определяют, умножая себестоимость пенопласта (см. п . 6.3) на потребн ое количест во материала, подсчитанное по графику отепл ения карьера в зависимости от запланированного времени разработки грунта (см. р ис. 5.6).

7. Техника безопасности

7.1. Разрешение на укладк у БТП д ается п осле проверки крепл ения всех узлов пеног енерат ора и проведения гидравлических испытаний под давлением. Б аки для растворов эмульсии, смол ы и кислоты не обходимо испытывать в соответствии с правилами кот ло над зо ра. Все дозирующие и контролирующие давление при бо ры должны быть исправны и соответствовать паспортным данным.

7.2. При работе с к и сл отами следует собл юдать особую осторожность, рабочие должны иметь защитную одежду (резиновые перчатки, фартуки, сапоги, очки).

7.3. В связи с возможностью выделени я при розливе пены свободного фо рмальдегида место работ необходимо ограждать, а рабочих снабжать противогазами или защитными масками.

7.4. Ре м онтировать и закреплять отд ельные элементы и узлы п еног енератора можно только после полной остановки машины и снижения д авления в баках до 0.

7.5. Транспо рт ировка материалов и приготовлен ие рабочих растворов должны осуществляться в соответст вии с требованиями технических условий и ГОСТов на эти материалы.

ПР ИЛОЖЕН ИЯ

Приложение 1

Тип карбамидных смол

Основные свойства смол

Концентрация, %, не менее

Преломление

Вязкость, сек

Содержание свободного формальдегида, %, не более

Кислотное число pH

Срок хранения, месяцы

Катализатор (кислота)

по В3-1

по В3-4

М Ф (МР ТУ 605-1006- 66) ..................

65

1,440 - 1,450

-

35 - 10 0

3

7,0 - 8,5

2

Соляная

М - 48 (ВТУ 560-58) .............................

48 - 50

1,417 - 1, 425

-

13 - 20

0 , 9 - 1, 2

-

12

М Ф-17*) (МРТУ 6-05-10 06-66) ........

70

1, 475 - 1,500

40 - 100

-

3

7,0 - 8,5

4

Соляная, щавелевая

УКС *) (МРТУ 6-05-1006-66) .............

70

-

40 - 100

-

1,2

7,5 - 9,0

2

Фосфорная

М 19-6 2*) (МРТУ 13-06- 4-67) ............

60 - 70

1, 456 - 1, 480

-

20 - 300

0,016

7,2 - 8,0

3

Ф осфорная, щавел евая

Кре п итель К-2*) (ТУ 84-166-70) ......

50 - 55

-

-

12 - 30

0,5

7,0 - 8,0

4

Со ляная

*) У казанные смолы испол ьзовал и д ля получения БТП для отепления грунтов. Отпускн ая це на смол - 180 - 220 р уб./т .

К о нт рольные испытания смолы

М очев ино-фо рмальд егидные смолы представляю т собой маловязкие жид кости белого или желтоватог о цвета; х орошо растворяются в воде.

Перед употреблением смол сле д ует определять:

ре а ктив ность (10 м л водного раствора смолы помещают в пробирку, куда добавляют несколько капе ль метилоранжа и встряхивают пробирку для полу чения равномерн ой окраски. В раствор вливают 2 мл концент рированной кислоты и, перем ешивая его, определяют момент выпадения геля . Это время в секундах и является реактивностью. Оно не должно превышать 10 сек);

плотность проверяют ареометром; она должна соответствовать паспортной (1,15 - 1,20 г/см3) ;

кислотное число pH , т.е. содержание свобод но го форм альд егида, определяют специальным испы танием (титрованием); pH должно быть не более 7,0 - 8, 5 %.

Хранить смолу с л едует в прохладных помещени ях. При температуре воздуха выше 20 °С она быстро густеет, теряет способность растворяться в воде, постепенно полимеризуется.

Приложение 2

Тип пенообразователя

Основные характеристики пенообразователя

Плотность, кг/м3

Содержание активного вещества, %

Оптимальная концентрация раствора, %

Кратность

Стойкость пены, мин

Отпускная цена, руб./т

ПО-1 А «Прогресс» (СТУ 49-18 75-6 4)

1100

Более 20

4

6

4

300 - 360

ПО-3 А «Т ипол» (ТУ 38-10917-73)

1100

25 - 30

2 - 3

6

4

400

« Волго нат» (МРТ У 6-0139- 65)

11 50

70

0,1

8

4

900 - 1000

Примечание . ПО-1А и ПО-3А - ж идк ости, «Во лгонат» - паста.

Контрольные испытания пенообразователей

При контрольных испытаниях пенообразователей определяют:

плотность - ареометром при температуре 20 °С ;

вязкость (по Энглеру) - по метод и ке ГОСТ 6 258- 52;

кратность пены - путем в з балтываний вод ного раствора пенообразователя оптимальной концентрации (100 с м3) в сосуде емкостью 1000 с м3 либо сбиванием его крыльчаткой в приб оре «и змельчитель тканей». Отношение объ ема пены к объему раствора считается кратностью пены;

стойкость пены - по секундомеру ; это время, в течение которого происходит разрушение пены на 1/ 5 своего объема.

Приложение 3

Для назначения толщины слоя БТП h при соот ве тствую щем времени отепления грунта τ предлагается формула :

г д е ; ;  (β1 ≠ 0); β2 = 0,5(1 + β1); β3 = 1 - β1, erfcx = 1 - erfc;

erfx - функция ошибок Гаусса.

Остальные обозначения приведены в тексте раз д . 5.

Задаваясь толщиной слоя БТП h и временем отеплени я τ , р ассчитыва ют зн ачение [ t к ] , которое для соответствующег о грунта должно находиться в пределах, указанных в п. 5.7.

Поскольку в формулу н е включен член, учитыва ющ ий переходные процессы, удовлетворительные зн ачения [ t к ] соответствуют начальному врем е ни от епл е ния τ ≥ 2 50 час, к оторое и следует прин имать в к ачеств е исход ного.

Чис л о членов ряд ов n определяют исходя из условия β n 1 A , где A - любое з аданное малое число, например A = 0,01 .

В приложени и 4 приведен ы необходимые при расчетах данные по отдельным городам СССР.


Приложение 4

Город

Среднегодовая температура воздуха tср, °С

Амплитудное значение температуры, отсчитываемое от среднегодовой tm, °С

Время от момента перехода кривой температуры воздуха через 0 °С до начала отепления грунта Δτ, час

Разновесная температура грунта на глубине 3 - 5 м t φ = 0 ° C

Коэффициент, характеризующий начальное распределение температуры в грунте n

Нормативная глубина промерзания no, см

Сумма зимних градусо-дней Σ - tзим

Средняя толщина снегового покрова nсн, см

Толщина БТП h, м

Время с момента отепления до начала разработки грунта τ, час

Архангельск

0,8

14 ,05

120

5,5

1,5

160

1525

66

0,05

600

0,075

8 00

0,10

1 000

0,15

1400

0,2 0

1750

0,25

2250

0,275

2500

0,30

3000

Волгоград

7,6

1 6,7

72 0

1 5,0

1,75

110

781

-

0,025

500

0,05

1 000

0,0 75

1 700

0,085

2000

-

-

-

-

Вологда

2,4

14,4

288

5,5

0,75

1 50

1 256

48

0,0 5

500

0,07 5

750

0,10

950

0,15

1200

0,20

1 750

0,225

2000

0,25

2250

0,275

2750

Горький

3,1

1 5,0

324

8,75

2,0

155

950

5 9

0,05

700

0,075

1 000

0,1 0

13 00

0,1 25

1500

0,15

1 875

0,1 75

23 75

-

-

Ленинград

4,3

1 2,8

724

8,0

0,5

1 20

81 0

32

0,10

1 000

0,125

1 375

0,15

1 875

-

-

-

-

-

Москва

4,8

14,3

600

7,0

1 ,5

140

986

48

0,05

600

0,075

875

0,10

12 00

0,125

1500

0,1 5

2000

-

-

-

Омск

0

1 8,75

0

7,5

1 ,5

220

2000

24

0,025

250

0,05

62 5

0,10

1150

0,12 5

14 00

0,15

1600

0,1 75

1 800

0,2 0

2000

0,225

2250

0,25

2750

0,2 75

32 50

Оренбург

3,9

1 8,35

360

9,5

1 ,5

180

1 597

57

0, 025

350

0,05

62 5

0,075

900

0,1

1 200

0,15

1700

0,1 75

2125

0,2

2 500

-

Псков

4, 6

1 2,5

600

7,0

1,75

110

691

21

0,05

650

0,075

1 000

0,10

1400

0,125

1900

-

-

-

-

Рига

5,6

11,05

81 6

7,0

2,0

90

460

23

0,025

450

0,05

850

0,075

1300

0,09

1 750

-

-

-

-

Ростов-на- Дону

8 ,7

14,3

1 008

1 0,0

2,0

85

360

13

0,025

400

0, 05

900

0,055

1150

0,06

12 50

0,065

1500

0,07

1 600

-

-

Сыктывкар

0 ,3

1 5, 9

96

7,5

1 ,5

190

2737

54

0,10

1100

0,125

12 50

0,15

14 50

0,1 75

1 750

0,20

1900

0,225

2200

0,25

2500

-

Таллин

5,0

11 ,0 5

816

7 ,2

2,25

100

610

28

0,05

750

0,075

1 250

0,08

14 00

0,085

1 500

0,09

1750

0,095

1 900

0,10

1950

0,105

2050

Томск

0,6

1 8,6

0

7,5

1, 0

240

2215

60

0,075

750

0,10

950

0,15

1300

0,20

1 650

0,25

2 000

0,30

2 40 0

0,35

2700

-

Примечание . Толщина слоя БТП рассчитана для отепления песчаных и супесчаных грунтов ( w = 10 ÷ 15 %) с использованием пены плотностью 50 - 60 кг/м31 = 0,075 ккал/м · час · град; c = 0,32 ккал/кг · град) .


СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . 1

1 Общие положения . 1

2. Исходные материалы и состав пен . 2

3. Средства механизации . 3

4. Технология работ . 6

5. Расчет толщины теплоизолирующих слоев . 7

6. Стоимость работ . 11

7. Техника безопасности . 13

Приложения . 13

Приложение 1 . 13

Приложение 2 . 14

Приложение 3 . 15

Приложение 4 . 16

Похожие документы