Высокие физико-механические свойства, химическая стойкость и другие положительные качества полимербетонов способствовали сравнительно быстрому внедрению этого нового строительного материала в народном хозяйстве Советского Союза. Первые опытные конструкции из полимербетона были изготовлены ЦНИИПодзем-шахтостроем в 1959 г. в виде тюбингов тонкостенных безарматурных труб и элементов рамной крепи подземных выработок [3, 52, 53]. Полимербетонные трубы имели внутренний диаметр 900 мм, толщину стенки 18 мм и длину 1200 мм. В возрасте 3—10 суток ку-биковая прочность контрольных образцов составляла 300 и 500 кгс/см* соответственно. Трубы были испытаны гидростатическим давлением; разрушение произошло на третьи сутки при 5—7 атм, а в возрасте пять суток при 11—12 атм.

Плиты для крепления подготовительных шахтных выработок имели длину 2200 мм, ширину 450 мм, толщину 25 мм и два продольных ребра 50 х 80 мм. Арматурный каркас этих плит составил две сетки из стальной холоднотянутой проволоки диаметром 3 и 5 мм. При объеме изделия 0,052 мА вес арматуры составлял 13 кг, а всей плиты — около 100 кг. Испытания плит проводились в 48-дневном возрасте. Нагрузка прикладывалась ступенями по 200 кгс через 30 мин с одновременной фиксацией прогиба. Разрушающая нагрузка конструкции составила 7200 кгс, а максимальный прогиб — 74 мм. Первые трещины в консольных частях плиты появились при нагрузке 5000 кгс, что значительно выше, чем для аналогичных плит из обычного железобетона.

Тюбинги ЦНИИПодземшахтостроя типа СТК имели следующие размеры: длина по дуге 1570 мм, толщина стенки 70 мм. Вес тюбинга 48 кг, из них арматуры 20 кг. После изготовления один из тюбингов находился в течение пяти лет на открытом воздухе, подвергаясь солнечной радиации и атмосферным температурно-влажностным воздействиям. Последующие обследования и испытания показали, что атмосферные воздействия не привели к трещино-образованию в материале изделия и не увеличили водопоглощения полимербетона.

Результаты испытаний опытных конструкций явились предпосылкой для организации на Скуратовском экспериментальном заводе ЦНИИПодземшахтостроя цеха для изготовления конструкций из армированного полимербетона. В этом цехе было организовано изготовление полимербетонных стоек и перемычек для крепления шахтных выработок. В настоящее время основным материалом для крепи шахтных выработок являются металл, дерево и железобетон. Железобетонная крепь для шахтных выработок имеет ряд недостатков, препятствующих ее широкому применению: большой вес элементов, отсутствие достаточной прочности и податливости, отсутствие надежных в работе средств механизации и т. д. Существующие приемы крепления приводят к огромным расходам дефицитного леса и металла, а также сдерживают рост производительности труда рабочих, занятых креплением шахтных выработок.

В ЦНИИПодземшахтострое были разработаны конструкции облегченной шахтной стойки типа ОШС-1 и облегченной верхней перемычки крепи (верхняка) ОШВ-1 из сталеполимербетона [52, 53, 55] (рис. 13.1). Стойка ОШС-1 представляет собой пустотелый стержень сечением 155 х 160 мм, длиной 2—3 м. Стойки армированы четырьмя продольными стержнями периодического профиля диаметром 12 мм и поперечными хомутами в виде непрерывной спирали из холоднотянутой проволоки диаметром 4 мм с шагом 50 мм у опор и 100 ММ на остальной длине. Для облегчения веса стойка имеет сквозное отверстие диаметром ПО мм. При изготовлении стоек и верхняка использовался полимербетон на мономере ФА состава: смола ФА — 10% веса заполнителя, отвердитель-бензол-сульфокислота 25% веса смолы, заполнитель — окский песок и гранитный щебень с крупностью частиц 3—10 мм. Стойки испытывали на центральное сжатие и изгиб. При изгибе нагрузку прикладывали двумя сосредоточенными силами в третях пролета. При испытании на центральное сжатие разрушение стойки произошло при нагрузке 40 тс в результате концентрации напряжений в торцовых частях. Разрушающая нагрузка при изгибе составила около 6,2 тс. Испытания показали, что стойки дайной конструкции обладают примерно той же несущей способностью, что и железобетонные центрофугированные, используемые для крепления пород средней твердости. В то же время вес их был в два раза меньше. Более легкие стойки значительно облегчают условия работы и повышают производительность труда при проходке штреков.

Верхняки были спроектированы таврового сечения длиной 2300—2500 мм. Для опирания на стойки они имели на концах плоские усиленные участки. Продольная арматуравыполня-лась из двух стержней периодического профиля диаметром 16 мм. Характеристики стоек ОШС-1 и верхняков ОШВ-1 приведены в табл. 13.1.

В настоящее время в МИИТ совместно с ЦНИИПодземшах-тостроем разработаны более легкие шахтные стойки и перемычки из полимербетона на керамзите.

Кроме.шахтных стоек и перемычек на Скуратовском заводе было организовано изготовление из полимербетона коллекторных колец для канализации подземного городского хозяйства. При внутреннем диаметре коллектора 1680 мм и толщине стенки 150 мм его вес составлял 2270 кг, в том числе арматурной стали 252 кг (рис. 13.2). Арматура колец состояла из двух цилиндрических сеток из горячекатаной проволоки диаметром 5 мм с величиной ячейки 100 х 100 мм, соединенных между собой поперечными стержнями. При испытании колец первые трещины появились при нагрузке, в 1—2 раза большей, чем у колец из обычного железобетона марки 500. Разрушающая нагрузка для этих колец достигала 25 — 30 тс/пог. м.

Первая опытная проходка коллектора длиной 38 м способом проталкивания полимербетонных колец под насыпью Ново-Рязанского шоссе в районе Новых Кузьминок Москвы была осуществлена в 1961 г. при техническом руководстве ЦНИИПодземшахтостроя совместно с трестом ГПР. В 1963 г. при помощи проталкивающей установки был выложен аналогичный участок коллектора длиной 72 м на Коммунистической улице в районе Царицыно — Видное. Через месяц после проходки опытный участок на всю длину был подвергнут испытаниям на эксфильтрацию. Однослойный кольцевой коллектор из полимербетона вполне удовлетворительно выДерЖал испытания. При этом герметичность его была в два раза лучше, чем у железобетонного коллектора с футеровочной защитой.

Накопленный на Скуратовском заводе опыт изготовления конструкций из сталеполимербетона позволил организовать в г. Ком-мунарске цех для серийного выпуска стоек и перемычек для креп­ления шахтных выработок. К настоящему времени в этом цехе изготовлено более 21 000 стоек и перемычек. На шахтах Донбасса этой крепью закреплено более 10 км горных выработок.

Полимербетон был применен также для сооружения сухих, водонепроницаемых шахтных стволов калийных рудников. Обычный

цементбетон, соприкасаясь с замороженной горной породой, промерзает и после оттаивания легко фильтрует воду. Теплоизоляция бетона удорожает строительство и не достаточно эффективна. Первичная и повторная чеканка свинцовых прокладок в швах между чугунными тюбингами не защищают крепь ствола от просачивания воды под напором 10—20 атм. Обследование стволов калийных шахт показало, что большинство из них имеет притоки воды в 5—10 раз больше допустимых. На мероприятия по водоподавле-нию затрачиваются значительные средства.

В результате исследований способности полимербетонов ФА или ФАМ отверждаться при отрицательных температурах, проведенных в ЦНИИПодземшахтострое и позднее подтвержденных в НИИЖБ 154], было установлено, что процессы полимеризации не прекращаются в этих условиях, хотя прочность полимербетон-ных образцов увеличивается значительно медленнее, чем при обычной температуре, достигая к 28—30 суткам примерно 50% максимальной.

Первые экспериментальные работы по созданию монолитной водонепроницаемой крепи путем укладки полимербетона в затю-бинговое пространство проводились в 1961 г. на дренажном стволе № 2 Михайловского железнорудного карьера Курской магнитной аномалии. В закрепное пространство между чугунными тюбингами и замороженной стенкой ствола укладывали приготовленный на поверхности полимербетон слоем толщиной 200 мм. В 1962 г. ЦНИИПодземшахтострой совместно с трестом Шахтспецстрой на Михайловском железорудном комбинате забетонировал полимербе-тоном ФА экспериментальный участок шахтного ствола № 3 высотой 20 пог. м при толщине стенки 500 мм. После бетонирования каждой заходки проверялись температура разогрева уложенного полимербетона и состояние замороженной стенки ствола по его периметру. Через 20—30 мин после укладки на расстоянии 250 мм от замороженной стенки ствола температура полимербетона подымалась до 50—52° С, что указывало на нормальный ход процесса полимеризации. Всего в ствол № 3 было уложено 118 м3 полимербетона. Через месяц после окончания работ было проверено качество бетонирования. В результате визуального осмотра и простукивания полимер-бетонных стенок по всей высоте опытного участка ствола установлено, что полимербетон уложен плотно, достаточно отвердел, раковины и трещины отсутствуют. Второе состояние опытного участка ствола № 3 было проверено в период естественного оттаивания горных пород спустя месяц после прекращения работы замораживающей установки. Полимербетонная крепь имела плотную, однородную структуру без раковин и трещин. Контрольные образцы-кубы показали прочность 400—450 кгс/смг, что примерно в 2—2,5 раза выше, чем в образцах из цементобетона.

Полученные результаты позволили перейти к промышленному внедрению водонепроницаемой крепи из полимербетона на шахтных стволах калийного комбината в Солигорске. В 1964 г. на участке с наибольшим водопритоком ствола№2 II Солигорского калийного комбината было произведено бетонирование затюбингового пространства полимербетоном ФА. При диаметре ствола 7 мв свету водонепроницаемая крепь толщиной 200 мм была уложена на высоту 100 мм. Всего было уложено 577 м3 полимербетона, из них 120 ма в опорные венцы и 457 м3 в затюбинговое пространство. В 1965 г. Государственная комиссия отметила хорошее качество водонепроницаемой крепи из полимербетона на этом стволе.

Зимой 1965/66 г. на первом стволе II Березняковского калийного комбината в зоне замороженных пород с будущим наибольшим водопритоком и давлением до 15 атм был забетонирован участок ствола высотой 116 м. На этом участке было уложено 790 мл полимербетона. Проверка этого участка после полного оттаивания горных пород показала, что качество полимербетона вполне удовлетворительное. В 1968—1969 гг. в затюбинговое пространство третьего
ствола Березняковского комбината было уложено около 2000 мъ полимербетона.

Предварительные расчеты экономической эффективности водонепроницаемой крепи из полимербетона для шахтных стволов диаметром 7 м, проходимых способом замораживания горных пород, показывают, что по сравнению с цементобетоном экономия на 1 пог. м ствола составляет примерно 428 руб., а при глубине участка ствола 100 м примерно 50 тыс. руб.

С 1960 г. Ферганской отраслевой лабораторией фурановых соединений НИИПМ и ташкентским институтом САННИИРИ проводились разработка и внедрение износостойких покрытий плотин из полимербетона.

В 1961 г. Янги-Сайская плотина Беш-Алышского гидроузла вместо базальтовых плит была облицована монолитным полимербе-тоном на фурфурол-ацетоновой смоле ФА слоем толщиной 100— 150 мм.

Облицовывалась горизонтальная часть между быками, устои на высоту 500 мм общей площадью 25 м2 и водоскат плотины площадью 157 м2. Общий объём полимербетона, уложенного в этой плотине, составил 42 м3. Для лучшего сцепления полимербетона в бетонном основании плотины были предусмотрены анкерные крючки из арматуры диаметром 16мм, а затем уложена сетка с ячейкой 400х 400 мм из арматуры периодического профиля диаметром 12 мм. Предполагалось, что вода на плотину поступит через 28 суток после укладки полимербетона. Однако внезапный паводок нарушил сроки и воду пришлось пустить через 17 суток после окончания работы. Несмотря на это, при осмотре плотины в конце 1961 г. все участки полимербетона были в хорошем состоянии. В 1967 г. обследование показало, что через 6 лет эксплуатации состояние полимербетона было вполне удовлетворительным и коррозии арматуры не наблюдалось, состояние облицовки быков практически не изменилось. Только на водоскате в зоне наибольшего износа появилось местное разрушение. Замена облицовки из базальтовых плит полимербето-ном позволила снизить стоимость 1 м2 покрытия, исчисленную по укрупненным показателям, в 1,5 раза.

Последующее использование полимербетона для защиты водосливов Сары-Курганской плотины на реке Сох в Ферганской области, которая по условиям эксплуатации является одной из самых тяжелых в Средней Азии, подтвердило высокую эффективность полимербетона [61]. В обычные паводки расход воды на реке Сох достигает 200 м3/сек. При этом на подходе к плотине Сары-Курган средняя скорость потока составляет 3 м/сек, а максимальная скорость на водосливе достигает 8—9 м/сек. В паводок река несет огромное количество наносов, состоящих на 60% из камней размером более 50 мм. Средняя крупность наносов составляет 70 лш, а размеры отдельных глыб достигают 300 мм и более. Осмотр, проведенный в октябре 1962 г., показал, что за исключением небольших участков облицовка из полимербетона хорошо сохранилась. Наиболее значительное истирание наблюдалось на водоскате второго пролета, где максимальное истирание полимербетона достигало 4—б мм. По всей ширине водоската переход от полимербетонной облицовки к подводной части водоската был выполнен из цементобетона. В период паводка цементобетон был разрушен полностью. Несмотря на то что паводки 1963—1965 гг. были более сильными и продолжительными, облицовка из полимербетона оказалась более стойкой и экономичной по сравнению с другими материалами.

В 1960—1963 гг. в Средней Азии полимербетоном были защищены пять плотин ирригационных сооружений с общей площадью покрытия около 900 м2 и расходом полимербетона около 200 м3.

При непосредственном участии вышеуказанных организаций полимербетон использовался для ремонта значительной выработки в зоне гасителя Волжской ГЭС имени В. И. Ленина при устройстве химически стойких полов в кислотном складе и насосной станции по перекачке 20% соляной кислоты на Ново-Куйбышевском нефтеперерабатывающем заводе. Аналогичные работы были выполнены на Ферганском гидролизном заводе и других предприятиях.

Для оросительных систем закрытого дренажа на засоленных землях в институте САННИИРИ разработаны дренажные трубы из полимербетона на керамзите (рис. 13.3). Опыт эксплуатации таких труб показывает, что они обладают необходимой прочностью и химической стойкостью, хорошо фильтруют воду, что позволяет строить дренажные линии без специальных фильтров.

В последнее время конструкции из сталеполимербетона находят применение на железнодорожном транспорте. В МИИТ разработаны,
а на Батайском заводе в 1967 г. изготовлены и испытаны опытные образцы контактных опор линий электропередачи. Бетонирование
этих опор проводилось в серийных металлических формах, в которых формуют опоры из обычного цементобетона. Длина опоры 13,6 м
общий вес 1,45 т (рис. 13.4), в том числе 150 кг арматуры. Испытания контактных опор из стале полимербетона показали высокую прочность и жесткость этих конструкций.

В МИИТ для засоленных почв разработаны фундаменты под контактные опоры и шпалы. На одном из экспериментальных участков железной дороги уложено 40 шпал, изготовленных из полимербетона, армированного предварительно напряженной стальной арматурой.

В 1967 г. в Липецке для склада жидкого хлора было изготовлено шесть плит покрытия типа ПКЖ- Как и в случае изготовления контактных опор, плиты бетонировались в серийной металлической опалубке. Испытания этих плит показали высокие прочностные характеристики и подтвердили расчетные предпосылки.

В НИИЖБ в содружестве с Гипронисельхозом разработаны решетки для перекрытия центральных стоков на животноводческих фермах (рис. 13.5). На Алмалыкском медеэлектролизном заводе изготовлено более 300 шт. подобных решеток для перекрытия сточных каналов агрессивных жидкостей, которые успешно эксплуатируются с 1967 г. Совместно с ПК.Б Главэнергостроймеханизации разработаны несущие конструкции элементов ложного дна нижних дренажно-распределительных устройств для химической очистки воды на тепловых электростанциях (рис. 13.6). В настоящее время на Рязанской ТЭЦ эти конструкции проходят эксплуатационную проверку.

В 1968 г. в НИИЖБ совместно с ВИСИ и Гипроцветметом Министерства цветной металлургии были разработаны, изготовлены и испытаны несущие химически стойкие конструкции из полимер-


бетонов на фурфурол-ацетоновом связующем ФАМ для промышленных зданий с высоким агрессивным воздействием жидких сред. В процессе предварительной проработки были рассмотрены шесть вариантов несущих колонн и фундаментных башмаков, конструкция вспомогательных балок и ригеля. Технико-экономический анализ, а также анализ удобства изготовления и монтажа позволили остановиться на двух вариантах. В первом варианте колонна сплошного

сечения 300 х 300 мм имеет продольную арматуру в виде четырех стержней периодического профиля диаметром 16 мм и поперечных хомутов из холоднотянутой проволоки диаметром 8 мм. Во втором варианте колонна имела центральное отверстие диаметром 160 мм. Фундаментные башмаки в обоих случаях были приняты одинаковой конструкции. При испытании на центральное сжатие в прессе (мощностью 1200 тс) разрушающая нагрузка на колонну сплошного сечения составила 440 тс (около 500 кгс1смг) (рис. 13.7). При вне-центренном сжатии с эксцентрицитетом 75 мм разрушающая нагрузка составила 200 Тс. Как в первом, так и во втором варианте отношение расчетной нагрузки к разрушающей дает значительный запас прочности. Вспомогательные балки и ригели использовали на силовой плите НИИЖБ. Балки загружали тремя домкратами. В пролете нагрузка на четыре точки передавалась с помощью распределительных траверс от 100-тонного домкрата, на консолях были установлены 25-тонные домкраты. Ригель был установлен таким образом, чтобы его стык располагался на одной из опор. Схема загруженйя ригеля была аналогична загружению балок. Характер разрушения вспомогательных балок и ригеля показан на рис. 13.8. Испытания натурных конструкций подтвердили принятые при проектировании основные расчетные предпосылки. Гипроцветмет на основании полученных данных разработал рабочие чертежи этих конструкций (табл. 13.2) для проекта строящегося цеха элект­ролиза меди на Джезказганском горнометаллургическом комбинате. По первому варианту Гипро-цветмета вес фундаментного башмака из обычного железобетона составлял 5200 кг и колонны 1200 кг. Вес этих конструкций из сталепо-лимербетона 700_и 630 кг соответственно. Таким образом, благодаря снижению веса и ликвидации затрат на защитные покрытия железобетонных конструкций стоимость фундаментных башмаков и колонн из сталеполимербетона приближается к стоимости железобетонных конструкций.

Наряду с эффективным применением полнмербетона в химически стойких конструкциях необходимо отметить и опыт их неудачного использования.

Попытки применить полимер-бетон для изготовления электролизных ванн предпринимаются многими организациями. Например, на Балхашском горнометаллургическом комбинате былоизготовлено 12 ванн, на Московском элект-Рис. 13.7. Характер разрушения ролизном заводе — 10 и на Ал-колонны сплошного сечения малыкском — около 100 ванн. Срок

службы ванны из полимербетона составлял от 3 до 6 месяцев и только некоторых из них до 1,5—2 лет при экономически целесообразном сроке не менее 4—5 лет. Исследования, проведенные в НИИЖБ, показали, что условия работы ванн для электролиза цветных металлов чрезвычайно тяжелые. В ванну заливается горячая (60—70° С) 20%-ная серная кислота и загружаются электроды, общий вес которых составляет 15—17 т. Электролиз проводится при плотности тока до 500 а/м2, загрузка электродов обычно сопровождается ударами. Недостаточно продуманные конструктивные решения, слабая изученность физико-механических и физико-химических свойств полимербетонов, ошибочные взгляды на армирование таких конструкций не позволили создать надежные и долговечные ванны из полимербетона. В то же
время при отсутствии высокой плотности тока и повышенных температур сливной колодец для слива кислот, изготовленный в 1965 г. на Запорожском металлургическом комбинате по рекомендациям НИИЖБ, успешно эксплуатируется до настоящего времени. Сливной колодец состоит из двух секций с внутренним размером 650 х X 1100 мм, глубиной 3200 мм при толщине стенок 150 мм. В 1969 г. на этом комбинате изготовлены еще два аналогичных колодца.

К числу первоочередных вопросов, подлежащих изучению, относятся теоретические основы выбора оптимального состава гюлимербетонов, изучение реологических свойств и рациональных параметров виброформования, тепломассообмен в процессе полимеризации и эксил чтации, изучение надмолекулярных структур


и внутренних напряжений. Разработка теории длительной прочности и деформативности, методов неразрушающего контроля, разработка способов расчета и проектирования.

Стоимость синтетических смол еще довольно высокая, и поэтому стоимость полимербетонов в основном определяется стоимостью смолы. По мере развития химической промышленности и производства синтетических смол цены будут непрерывно уменьшаться и ь перспективе ближайшего десятилетия значительно снизятся. В то же время, судя по опыту ценообразования на мировом рынке [56, 571, это снижение не беспредельно и в целом они останутся в 10—20 раз выше цен на минеральные вяжущие. Но сравнение только стоимости синтетических смол со стоимостью портландцемента и других вяжущих приводит к неправильным оценкам. Так как в иолимербетонах количество связующего составляет около 10% общего веса, а трудовые затраты при изготовлении примерно одинаковы, более правильное представление дает сравнение отпускной стоимости железобетонных конструкций, выполненных из полимербетона.

Например, по калькуляции Казмедьстроя средняя отпускная стоимость железобетонных конструкций составляет 75—80 руб/ма,
а полнмербетонных — 220—250 руб/м*. Таким образом, 1 м* конструкций из полимербетоиа ФАМ имеет более высокую стоимость не в 20—30 раз, а примерно в 3—4 раза. К этому необходимо добавить, что конструкции из полимербетонов, обладающие высокой прочностью, во многих случаях могут быть выполнены значительно меньшего сечения, а их высокая плотность и химическая стойкость обеспечивают длительную эксплуатацию в условиях агрессивного воздействия без применения защитных покрытий.

На примере цеха электролиза меди Джезказганского горнометаллургического комбината рассмотрим два варианта несущих конструкций эстакады электролизных ванн (табл. 13.3).

Первый вариант предусматривал изготовление несущих конструкций из обычного железобетона и антикоррозионную защиту (для колонн и главных балок) из двух слоев стеклоткани на эпок­сидной смоле. По второму варианту конструкции изготовляют из полимербетона ФАМ, не требующего антикоррозионной защиты.

Если теперь сравнить стоимость конструкций из полимербетона со стоимостью аналогичных конструкций из железобетона с учетом антикоррозионной защиты, то для самого неблагоприятного случая — главной балки — получаем стоимость на 70% дороже, а в среднем по трем видам конструкций — на 25% дешевле.

Приведенный расчет экономической эффективности использования полимербетонных конструкций производился без учета увеличения сроков службы той или иной конструкции, сокращения объемов ремонтно-восстановительных работ и сокращения простоев технологического оборудования, а также затрат, связанных с организацией изготовления конструкций из полимербетонов. Используя методику, разработанную в секторе экономики НИИЖБ, ниже приведен расчет экономической эффективности применения полимербетонных конструкций в цехе электролиза меди ДГМК с учетом вышеперечисленных факторов [58]. Расчеты годового экономического эффекта приведенные в табл. 13.4, показывают, что при учете снижения веса конструкций из полимербетона и увеличении их срока службы годовая экономия только по одному цеху электролиза меди составляет около 75 тыс. руб.