Гидратация цемента – что это такое?

Схватывание и твердение бетона или цемента.

Многие знают, что цемент при взаимодействии с водой твердеет и превращается в так называемый цементный камень. Однако, немногие знают суть этого процесса: как твердеет, почему твердеет, что нам даёт осознание происходящей реакции и каким образом мы можем на неё воздействовать. На сегодняшний момент понимание всех стадий гидратации позволяет учёным изобретать новые добавки в бетон или цемент, так или иначе воздействующие на процессы, происходящие в период схватывания цемента и твердения бетонной или ЖБИ конструкции.

Заводы выпускающие ЖБИ или товарный бетон могут пользоваться этими добавками с огромной пользой для себя. Это и экономия электроэнергии и газа за счёт сокращения сроков пропаривания ЖБИ изделий, и снижение трудозатрат на вибрирование, и скорость оборачивания формоснастки или опалубки, и экономия цемента, и улучшение качественных характеристик товарного бетона и изделий ЖБИ. Всё это возможно за счёт применения специальных добавок для бетона или цемента. Перечень используемых на сегодняшний день добавок довольно велик, поэтому ему посвящён отдельный раздел добавки в бетон.

Вообще, в процессе набора прочности бетона присутствуют две основные стадии:

    схватывание бетона довольно короткая стадия, происходящая в первые сутки жизни бетона. Время схватывания бетона или цементного раствора существенно зависит от температуры окружающего воздуха. При классической расчётной температуре 20 градусов начало схватывания цемента происходит примерно через 2 часа после затворения цементного раствора, а конец схватывания наступает примерно через три часа. То есть – процесс схватывания занимает всего 1 час. Однако, при температуре 0 градусов этот период растягивается до 15-20 часов. Чего говорить, если само начало схватывания цемента при 0 градусов начинается лишь спустя 6-10 часов после затворения бетонной смеси. При высоких температурах, например при пропаривании ЖБИ в специальных камерах мы ускоряем период схватывания бетона до 10-20 минут!

В течение периода схватывания бетон или цементный раствор остаются подвижными, на них ещё можно воздействовать. Тут действует механизм тиксотропии. Пока Вы “шевелите” несхватившийся до конца бетон, он не переходит в стадию твердения, и процесс схватывания цемента растягивается. Именно поэтому доставка бетона на бетоносмесителях, сопровождающаяся постоянным перемешиванием бетонной смеси, способна сохранить её основные свойства. При желании прочтите подробности про основные свойства и состав бетона.

Из личного опыта могу вспомнить экстраординарные случаи, когда наши миксера с бетоном стояли и “молотили” на объекте по 10-12 часов, в ожидании разгрузки. Бетон в такой ситуации не твердеет, но происходят некие необратимые процессы, существенно снижающие его качества в дальнейшем. Мы называем это свариванием бетона. Особенно критичны такие мероприятия летом в жару. Вспомните сокращённые сроки схватывания цемента при высокой температуре, о которых мы говорили выше. Менеджеры и диспетчера Компании BESTO стараются избегать подобных казусов, но иногда происходят непредвиденные ситуации, в основном связанные с обрушением некачественной опалубки. Бетон разливается, все бегают, пытаясь его собрать, восстанавливают опалубку, а время идёт, а ещё не разгрузившиеся бетоносмесители с бетоном стоят и молотят. Хорошо, если есть куда переадресовать, а если нет? Одним словом – беда.

  • твердение бетона это процесс наступает сразу после окончания схватывания цемента. Представьте, что мы при помощи бетононасоса наконец-то уложили бетон в опалубку, он благополучно схватился, и тут собственно и начинается процесс твердения бетона. Вообще, твердение бетона и набор прочности ЖБИ идёт не месяц, и не два, а годы. 28 суточный срок регламентирован лишь для того, чтобы гарантировать определённую марку бетона на тот или иной период. График набора прочности бетона или ЖБИ нелинеен и в первые дни и недели процесс происходит наиболее динамично. Почему же так? А вот как раз давайте разберёмся. Пришла пора поговорить про процесс гидратации цемента.
  • Минералогический состав и гидратация цемента

    Мы не будем здесь разбирать сами стадии получения портландцемента, для этого есть специальный раздел, описывающий производство цемента более подробно. Нас интересует лишь состав цемента и его основные компоненты, вступающие в реакцию с водой при затворении цементного раствора или бетона. Итак. В качестве основы портландцемента рассматриваются четыре минерала, полученные в результате всех стадий производства цемента:

    • C3S трёхкальциевый силикат
    • C2S двухкальциевый силикат
    • C3A трёхкальциевый алюминат
    • C4AF четырёхкальциевый алюмоферит

    Поведение каждого из них на разных стадиях схватывания бетона и его твердения, существенно отличается. Одни минералы вступают в реакцию с водой затворения сразу, другие немного погодя, а третьи – вообще не понятно зачем здесь “ошиваются”. Давайте рассмотрим всех по порядку:

    C3S трёхкальциевый силикат 3CaO x SiO2 минерал участвующий в процессе нарастания прочности цемента в течение всего времени. Без сомнения, он является главным звеном, хотя, в период первых суток жизни бетона у трёхкальциевого силиката есть серьёзный более шустрый соперник C3A, о котором мы упомянем позже. Процесс гидратации цемента является изотермическим, то есть – химическая реакция сопровождающаяся выделением тепла. Именно C3S “греет” раствор цемента при затворении, прекращает греть в период с начала затворения до момента начала схватывания, затем выброс тепла в течение всего периода схватывания и дальше происходит постепенное снижение температуры.

    Трёхкальциевый силикат и его вклад в набор прочности бетона наиболее значим лишь в первый месяц жизни бетонной или ЖБИ конструкции. Это те самые 28 дней нормального твердения. Далее, его влияние на набор прочности цемента ощутимо уменьшается.

    C2S двухкальциевый силикат 2CaO x Si02 начинает активно действовать лишь спустя месяц после затворения цемента в бетонной смеси, как будто принимая смену у своего трехкальциевого брата-силиката. В течение первого месяца жизни бетона или ЖБИ он в общем-то валяет дурака и ждёт своего часа. Это период безделья и расслабухи можно существенно сократить за счёт применения специальных добавок в цемент. Зато, его действие длится годами, в течении всего периода нарастания прочности железобетона, ЖБИ или бетона.

    C3A трёхкальциевый алюминат 3CaO x Al2O3 наиболее активный из перечисленных. Он начинает кипучую деятельность с самого начала процесса схватывания. Именно ему мы обязаны за набор прочности, в течение первых дней жизни бетона или железобетона. В дальнейшем его роль в твердении и наборе прочности минимальна, но в скорости ему нет равных. Марафонцем его не назовёшь, а вот спринтером, пожалуй – да.

    C4AF четрыёхкальциевый алюмоферит 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 это как раз тот самый, который – “непонятно зачем вообще здесь ошивается”. Его роль в наборе прочности и твердении минимальна. Незначительное воздействие на набор прочности отмечается лишь на самых поздних сроках твердения.

    Все перечисленные компоненты при затворении водой вступают в химическую реакцию, благодаря которой происходит нарастание, сцепление и осаждение кристаллов гидратированных соединений. По сути, гидратацию можно назвать и кристаллизацией. Так наверное понятней.

    Благодаря стараниям учёных и научным разработкам многочисленных испытательных лабораторий и НИИ стало возможным прогнозируемое и регулируемое воздействие на процесс гидратации цемента, влияние на начало и конец схватывания, регулируемая подвижность бетона, его прочность, коррозионная стойкость и так далее. В основном это делается за счёт применения специальных добавок в бетон. Спектр доступных методов воздействия на процесс схватывания цемента и дальнейшего набора прочности бетона или ЖБИ довольно широк и более подробно он описан в разделе добавки для бетона.

    Компания БЭСТО поставляет товарный бетон и раствор, изготовленные с применением самых современных добавок, позволяющих получать бетонные смеси и цементные растворы с улучшенными показателями по морозостойкости, водонепроницаемости, подвижности и т.д. Современное дозирующее и бетоносмесительное оборудование помогает добиться наилучших результатов по однородности состава бетонной смеси или цементного раствора.

    Надеюсь, что не загидратировал Вам мозги своими силикатами и алюминатами. С трёхкальциевым приветом, Эдуард Минаев.

    Гидратация цемента и бетона: начало схватывания и застывания

    Явление гидратации вяжущего вещества считается одним из важных элементов протекания химических реакций. Гидратация – образующиеся химические процессы во время добавления жидкости к цементному клинкеру.

    Общие сведения

    После добавления к цементному вяжущему водного компонента получается смесь пластичной структуры с ярко выраженными коллоидными свойствами. Под воздействием воздуха цементное тесто начинает затвердевать. В результате образуется искусственный строительный камень, обладающий рядом физических показателей.

    Если к цементу добавить заполнители и наполнители, то в ходе гидратации химических соединений материалы связываются с инертными частицами, образуя высокопрочный бетон. Прочностные характеристики достигаются после регламентируемого срока для твердения.

    Цементы условно подразделяют:

    1. Воздушного твердения (отвердения осуществляется при контакте с воздухом).
    2. Гидравлического затвердевания (после предварительного твердения на воздухе, прочностные характеристики способны увеличиваться в жидкой среде).

    Согласно испытаниям, наиболее активным минералом клинкера считается трехкальциевый силикат. При максимальном содержании 3CaO·SiO2 образцы имеют наивысшие показатели испытаний на сжатие.

    Затвердевание подразделяют на три этапа:

    • подготовительный;
    • коллоидация;
    • кристаллизация.

    Проведение опытов по установлению сроков схватывания

    Установка сроков схватывания регламентировано ГОСТом 310.3-76. Для получения нормальной густоты вяжущего теста используют прибор Вика, представленный на рисунке 1.

    Рисунок 1 – Устройство прибора Вика

    В сферической металлической чаше замешивают цементный раствор предварительно просчитанного состава. Затем трапециевидное кольцо заполняется полученным объемом цементной смеси. Емкость размещается под иглой.

    Важно! Для измерения густоты применяют пестик, а для установления сроков схватывания дополнительно размещают иглу.

    Допустимым значением густоты считается, если пестик прибора не доходит до пластины на расстоянии от 5 до 7 мм. При отклонениях показателей регулируют водоцементное (В/Ц) отношение.

    Перед началом проведения работ важно удостовериться в правильности работы прибора, а детали, соприкасающиеся со смесью, должны быть покрыты машинным маслом.

    Для установки срока схватывания к пестику подцепляют иглу. Иглу погружают в тесто с периодичностью в 10 минут. Началом затвердевания считают период, который потребовался от момента добавления к вяжущему воды до того, как игла не будет доходить до нижней пластины от 2 до 4 мм. Сроки конца схватывания наступают, когда игла погружается максимум на 2 мм.

    Ложное схватывание (ЛС) определяется на том же приборе, только вместо пестика устанавливается усечённый конус. Перед началом работ необходимо замесить раствор из цемента, мелкого заполнителя и воды. Соотношение использованных компонентов регламентируется ГОСТ Р 56588-2015. В форму со смесью погружают конус через 15 минут, а затем спустя 1 час фиксируют показания прибора. Ложным схватывание считается, если замеры соответствуют первому типу, согласно таблице 1.

    Таблица 1 – Определение ложного схватывания в зависимости от результатов испытаний

    Тип схватыванияГлубина погружения конуса в тестовый образец (раствор), мм
    После перемешиванияПосле вторичного перемешивания спустя 30 минут
    Спустя 15 минутСпустя 60 минут
    Первый тип ЛСМенее 15Менее 10Более 45 (включительно)
    Второй тип ЛСОт 15 (включительно) до 50От 10 (включительно) до 50Более 45 (включительно)
    Быстрое схватываниеМенее 50Менее 50Менее 45

    Схватывание бетона при температурных изменениях: по времени

    Для качественного набора прочности должны быть соблюдены температурно-влажностные показатели. Если бетон застывает в жарких условиях, то необходимо производить периодическое смачивание поверхностей водой. Это способствует нормальному протеканию химических реакций.

    Читайте также:  Дизайнерские диваны: описание с фото, отзывы, плюсы и минусы

    В нормальных климатических условиях схватывание смеси происходит быстрее, нежели при отрицательных температурах. Морозный климат способен также остановить момент схватывания, что в конечном результате приведен к разрушению камня и минимальному набору прочностных показателей.

    Нормальными условиями считаются:

    • температура помещения от +20 до +30 градусов;
    • показатели влажности – не менее 90%.

    Увеличить влажность возможно путем периодического полива или натяжения полиэтиленовой пленки, что не допускает испарения жидкости и образует конденсат.

    Зависимость прочности от температурного режима приведена на примере таблицы 2.

    Таблица 2 – Зависимость прочности от марки ПЦ и температурных показателей

    Марка бетонаВремя твердения, сутки (часы)Средняя температура бетона на протяжении суток, °C
    –3+5+10+20+30
    Прочность материала на сжатие, % от полного затвердевания
    М200-М300 на ПЦ400 и ПЦ5001 (24)2,8…3,04,8…5,08,6…9,011,4…12,022,6…23,033,2…35,0
    2 (48)5,7…6,011,4…12,018…19,023,7…25,038,0…40,052,7…55,0
    3 (72)7,6…8,017,1…18,025,6…27,035,1…37,047,5…50,061,8…65,0
    5 (120)11,4…12,026,6…28,036,1…38,047,5…50,061,8…65,076,0…80,0
    7 (168)14,2…15,033,2…35,045,6…48,055,1…58,071,7…75,085,5…90,0
    14 (336)18…20,047,5…50,058,9…62,068,4…72,085,5…90,095,0…100,0
    28 (772)22,5…25,061,8…65,073,1…77,080,7…85,095,0…100,0

    Основной набор прочностных показателей происходит от 7 до 28 суток. В первую неделю камень набирает только 70% от конечной прочности. Марочная прочность достигается по истечении 28 суток. Далее надежность бетона будет расти, но уже намного медленнее.

    В период заморозков нельзя допускать замораживание воды в бетонной структуре, поэтому обязательно необходимо добавлять в состав смеси противоморозные добавки.

    Контролировать климат в лабораторных условиях намного легче, нежели на открытых строительных площадках во время проведения монолитных работ. Наиболее благоприятными условиями для замоноличивания считается период с весны до осени, когда температура воздуха составляет более чем +5 °С. Поэтому строители должны со всей ответственностью подойти к вопросу о качественном уходе за материалом.

    Гидравлический расчет канализации

    Эффективная работа канализации возможна только при сбалансированном поступлении и отводе сточных вод, общий объем которых соответствует пропускной способности системы. Кроме пропускной способности труб существует множество других параметров, которые необходимо учесть. В качестве основы для гидравлического расчета канализации чаще всего становится предварительно определенный расход: объем стоков на 1 человека в сутки, около 200 л.

    Правильное проведение расчетов важно при создании автономной канализации в загородном доме, так как большинство таких систем являются самотечными. Главная особенность самотечных систем — отсутствие напора потока жидкости, что накладывает ограничения на конфигурацию системы труб из-за необходимости постоянно выдерживать их уклон. Несоблюдение уклона может привести к замедлению потока, засору и нарушению работы всей канализационной сети. Как ни удивительно, но слишком большой уклон также может оказать негативное влияние на работу канализации.

    Как производится гидравлический расчет?

    При гидравлическом расчете канализации используются специальные формулы, позволяющие подобрать соответствующее оборудование, вычислить углы наклона труб и организовать равномерное движение стоков. Однако известно, что движение стоков в трубах неравномерно. Что же рассчитывается по этим формулам? Ответ простой: расчет неравномерного движения жидкости — слишком сложная математическая задача.

    таблица для расчета уклонов канализационных труб

    Поэтому для бытовых нужд с учетом некоторых допущений и погрешностей было принято решение рассматривать поток стоков равномерно движущимся в системе труб. Формулы, используемые для гидравлического расчета индивидуальной канализации, являются практичным компромиссным вариантом, который позволяет получить приемлемые результаты без чрезмерных затрат времени и сил на более точные расчеты. Для еще большего упрощения расчетов готовые значения для типовых случаев приведены в различных таблицах, графиках и номограммах.

    Как составляется формула?

    Для упрощения гидравлических расчетов используется небольшое количество переменных. Какие именно будут выбраны переменные — зависит от поставленной задачи. Чаще всего при гидравлическом расчете канализации учитываются диаметр трубопровода”D”, средняя скорость движения жидкости ”V” и уклон труб ”I”. Степень заполненности трубы стоками обозначается символом ”y”, вычисляется соотношением H/D, где H – высота уровня жидкости в трубе. Соответственно, пустая труба будет характеризоваться значением y=0, если полностью занятая труба y=1.

    влияние диаметра трубы на прочие параметры

    Интересно, что для наибольшей эффективности автономной канализации трубы не должны быть заполнены стоками на 100%, то есть ”y” не должно быть равно 1. Оптимальное значение заполнения трубы обозначается ”K” и лежит в пределах 0,5-0,6. Диапазон в значении параметра K объясняется различными дополнительными воздействиями, которые влияют на движение стоков. Чаще всего такое воздействие на стоки оказывают свойства материала трубы.

    Оптимальный уровень заполнения трубы

    Стеклянные или пластиковые трубы имеют очень гладкую внутреннюю поверхность с низким коэффициентом трения, поэтому для таких труб среднее значение K=0,5. Чугунные, керамические и асбестовые трубы имеют повышенную шероховатость, поэтому для преодоления сопротивления масса стоков должна быть больше, K=0,6. Указанные разные значения K для разных типов труб позволяют поддерживать в канализационной сети оптимальную скорость движения стоков V=0,7 м/с.

    коэффициенты шероховатости труб

    Незанятый стоками свободный объем в трубе выполняет несколько важных задач: возможность выхода скопившихся газов, упрощается движение крупных фрагментов твердого мусора. Логично предположить, что с увеличением диаметра канализационной трубы будет увеличиваться ее уровень заполненности K.

    В таблице указаны уровни заполнения труб различного сечения:

    D (диаметр трубы), ммУровень заполнения трубы
    150-2500,6
    300-4000,7
    450-9000,75
    900 и больше0,8

    монтаж канализационной трубы с уклоном

    В идеале максимальный расход воды, то есть пропускная способность трубы, будет при уровне заполненности 0,95. Но в реальности цифра снижена до 0,8. Из-за неравномерного заполнения канализации стоками в одно и то же время некоторые части труб могут быть полны, другие — пусты. В таких условиях заполнение почти на 100% может привести к нерасчетному переполнению и подтоплению трубопроводов. Другими словами, залповый сброс не уйдет в слив, а быстро заполнит трубы, может сорвать гидрозатворы и стоки попадут в жилые помещения.

    Угол уклона канализационной трубы

    Угол уклона канализационных труб зависит от их диаметра. В крупных проектах при расчете уклонов труб принимается во внимание уклон поверхности земли, необходимость снижать объем и стоимость земляных и строительных работ. В этом случае расчет должен проводиться более точно, так как требуется найти минимальные значения уклонов на каждом из участков канализационной сети. При проектировании бытовых канализационных сетей часто достаточно взять значения из готовых таблиц.

    Уклон труб внутренней канализации на 1 м:

    СантехприборДиаметр отводящей трубы, ммНормальный уклонМинимальный уклон
    Раковина40-500,0350,025
    Унитаз1000,020,012
    Мойка500,0350,025
    Ванна40-500,0350,025

    сливная труба не должна заполняться на 100%

    Важно! При прокладке внутренней сети канализации в доме уклон замеряйте не относительно пола, который может быть негоризонтален, а с помощью строительного пузырькового или лазерного уровня.

    Уклон труб наружной канализации на 1 м:

    Диаметр трубы, ммНормальный уклонУклон при особых условиях (минимальный)
    1500,0080,007
    2000,0070,005

    Особые условия — это объективные природные или технологические помехи, которые не позволяют организовать нормальный уклон. Максимальный уклон равен 0,15, то есть снижение трубы на 15 см на 1 погонный метр. При большем уклоне канализация будет работать неэффективно.

    Слишком большой уклон и скорость потока

    Не рекомендуется использовать слишком большой уклон отводящих труб. Казалось бы, крутой наклон позволит стокам течь с большой скоростью, в результате чего пропускная способность всей канализационной системы возрастет. Но стоки поступают неравномерно. При слишком быстром перемещении объем стоков будет делиться на фракции разной плотности и вязкости. Быстрее всех по трубе стечет вода, имеющая наименьшую вязкость. Без воды плотные фракции стоков с большой массой прилипнут к стенкам трубы, чем уменьшат ее внутренний диаметр и вызовут засор.

    слишком большой уклон снижает эффективность трубы

    Слишком быстрый поток, несущий абразивные частицы, будет сильно изнашивать внутреннюю поверхность трубы истирающим воздействием, чем быстро исчерпает ее ресурс. Для металлических канализационных труб максимальная скорость потока составляет 8 м/с, для керамических, бетонных, асбоцементных и т.п. 4 м/с. Для ливневой канализации, где в основном сбрасывается практически чистая вода, соответственно, 10 м/с и 7 м/с.

    Минимальная скорость движения стоков называется критической или самоочищающей. Имеется в виду, что это минимальная скорость, при которой стоки будут перемещаться, не оседая на внутреннюю поверхность трубы. При расчете минимальной скорости могут учитываться размеры крупных фрагментов в стоках, гидравлический радиус и степень наполнения трубы. Для осветленных, биологически очищенных стоков минимальная скорость движения составляет 0,4 м/с.

    Формулы для более точных расчетов

    Готовые инженерные таблицы и графики, используемые при проектировании канализационных сетей, не охватывают всех возможных вариантов. Поэтому для получения более точных результатов в базовые формулы гидравлического расчета могут вводится различные дополнительные переменные и коэффициенты. Это может понадобиться, если система канализации заметно отличается от стандартного варианта какой-нибудь технической особенностью.

    Гидравлический расчет канализационной сети

    Задача гидравлического расчета состоит в том, чтобы при известном расходе воды подобрать диаметр труб и придать сети такие уклоны, при которых скорость движения потока была бы достаточной для перемещения загрязнений движущихся с потоком.

    При гидравлическом расчете необходимо соблюдать следующие технические условия, т.е. принимать:

    1) d кв min = 160 мм. , d ул min = 200 мм.

    2) Расчетное наполнение – это отношение высоты слоя воды к диаметру трубы (h/d), которое соответствует пропуску расчетного расхода.

    Для бытовой канализации и промышленной h/d max расч.) и расчетном наполнении (h/d).

    Поэтому Vmin немет.труб max = 4 м/с

    Vmin – минимально допустимая скорость, при которой не происходит заиливания труб и называют ее незаиливающей или самочищающей.

    4) Уклоны труб (imin) – это тот уклон, который обеспечивает Vmin при расчетном наполнении (h/d).

    5) Если в квартальной (дворовой) и уличной сетях течет расчетный расход(qрасч) меньше 10 л/с, такие участки называют безрасчетными, т.е. в них наполнение (h/d) получается меньше расчетного h/d, при этом скорость не определяется, а уклон принимается по СНиП 2.04.03-85:

    При dкв = 160 м, imin = 0,005

    Необходимо так же учитывать, что:

    а) Увеличение уклона (i) уменьшает наполнение (h/d) при постоянном расчетном расходе, но увеличивает V и наоборот.

    При расчете канализационной сети во всех случаях:

    1)Наполнение (h/d) при конкретном расходе должно быть близким к расчетному наполнению, а

    ü min глубину заложения сети

    ü незаиливающую скорость

    ü min количество перекачек

    Гидравлический расчет выполняют, используя «Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей из пластмассовых труб» Карелин Я.А., 1986 г.

    Таблица технических условий для гидравлического расчета канализационных сетей по СНиП 2.04.03-85

    Материал и диаметры труб (мм)Расчетное наполение (h/d)Скорость Vmin (м/с)
    125-250 280-400 450-500 560-800≤ 0,6 ≤ 0,7 ≤ 0,75 ≤ 0,75 ≤ 0,75≥ 0,7 ≥ 0,8 ≥ 0,9 ≥ 1,0 ≥ 1,15

    а) Правила пользования таблицами Я.А.Карелина

    по заданному расходу (qрасч) по приложению 1, стр. 52 принимают предварительно диаметр (d) и уклон (i). Затем по приложению II.I стр. 14, соблюдая технические условия (по таблице А) определяют скорость (V), наполнение (h/d),и уклон (i) с интерполяцией, если значения qрасч отличается от табличных значений.

    Читайте также:  Как вывести жирное пятно с бумаги и избавиться от всех следов загрязнения?

    Пример 1:Для пропуска qрасч = 22,0 л/с определить: d, i и h/d по таблицам Я.А.Карелина.

    Фрагмент табл. Я.А.Карелина стр. 14 прил. II.I

    1000iЗначения q1, л/с и V1, м/с при наполнении труб
    0,40,50,6
    qVqVqV
    d=225 мм
    4 516,30 18,440,96 1,0921,27 24,061,00 1,13

    Ход решения:

    1) по прил. 1 (стр. ) при qрасч = 22,0 л/с определяем d =225 мм., 1000i = 4.

    2) Затем по прил. II.I (стр. ) при d = 225 мм., соблюдая технические условия (по табл. А) при h/d = 0,6

    Далее интерполируем Vx и 1000ix для qрасч = 22,0 л/с по формулам:

    откуда iх = 1000ix / 1000 = 4,26/1000 = 0,00426.

    Пример 2: Для пропуска qрасч = 8,2 л/с –участок безрасчетный 0,7-0,8 м/с (незаиливающая), уклон imin по техусловиям (табл.А).

    После назначения d и i труб вычисляют «падение» (графа 5) равное произведению уклона на длину участка (i*l) гр.3 гр.4

    Далее определяют отметку лотка трубы в начале участка (гр.14) равняется отметке поверхности земли H 1 нач (гр. 16), вычисленная по формуле. Отметка лотка трубы в конце участка 1-2 (гр.15) равна отметке лотка трубы в начале этого участка (гр.14) минус падение трубы (гр.5). Тогда глубина заложения в конце участка (гр.17) равна отметке поверхности земли в этой точке (гр.11) минус отметка лотка трубы в конце участка (гр.15).

    Далее расчет ведется аналогично.

    Поскольку глубина воды h на участке 2-3 больше чем на участке 1-2, то трубы соединяют по поверхности воды, т.е. отметка поверхности воды в начале участка 2-3 (гр.12) принимается одинаковой с отметкой поверхности воды в конце участка 1-2 (гр.13).

    Средние глубины заложения труб (гр.18) определяют как среднеарифметическое гр. 16 и 17.

    В точке 3 необходима проверка заглубления бокового притока. Если отметка поверхности воды бокового притока окажется меньше отметки поверхности воды в точке 3 главного коллектора, то на коллекторе в этой точке делают перепад и отметку поверхности воды после перепада приравнивают к отметке поверхности воды в боковом притоке.

    Гидравлический расчет канализационных сетей в частном доме

    Расчет системы канализации для частного дома – важный предварительный этап монтажа трубопровода для отведения сточных вод, необходимый для того, чтобы в будущем избежать таких проблем, как частые засоры труб, неприятные запахи и подтопления жилых помещений.

    1. Проектирование местоположения канализационной системы
    2. Выбор труб
    3. Оптимальная величина уклона труб
    4. Вычисление объема септика
    5. Проектирование ливневой канализации

    Проектирование местоположения канализационной системы

    На данном этапе производятся следующие манипуляции:

    • На схеме построенного дома отмечают расположение сантехнических и бытовых приборов – умывальников, ванн, стиральных и посудомоечных машин.
    • Все точки слива стоков на графическом изображении соединяют линиями труб с указанием их реальной длины и внутреннего диаметра.
    • На схеме участка планируют расположение наружной канализационной сети. При этом дворовые коммуникации для отведения стоков, впадающие в коллектор или септик, должны идти до конечной своей точки по наименьшему расстоянию, без крутых и резких поворотов.
    • Согласно требованиям СНиП 2.07.01-89 прокладываемая канализация должна быть расположена по горизонтали (в свету) не менее чем в 1,5 м от бытового водопровода, газовой подземной трубы; в 0,5 м от линий связи и силовых кабелей.

    При отсутствии поблизости с домом городской сети отведения стоков конечной точкой дворовых коммуникаций является септик (осадочный и фильтрационный колодец) – его располагают на окраине участка, вблизи въездных ворот или дороги. При этом расстояние от него до ближайшей постройки должно быть не менее 5 м.

    Выбор труб

    В ходе укладки канализации частного дома применяются водопротоки круглого сечения с внутренним диаметром от 40 до 110 мм из устойчивого к агрессивной среде сточных вод поливинилхлорида. Так как различные сантехнические и бытовые приборы характеризуются неодинаковым объемом стоков, различающихся по консистенции и составу, используются трубы со следующими внутренними диаметрами:

    • умывальники, кухонные мойки – 40-50 мм;
    • ванны, душевые поддоны – 50 мм;
    • стиральные и посудомоечные машины – 50 мм;
    • писсуары, биде – 50 мм;
    • унитазы – 110 мм.

    Если частный жилой дом имеет 2 и более этажей, верхние санузлы соединяют с канализацией нижних при помощи вертикально расположенных коммуникаций – стояков – с внутренним диаметром 110 мм.

    Для дворовой сети отведения стоков применяют специальный водопроток ярко-оранжевого цвета, имеющий условный проход 110 или 160 мм.

    Оптимальная величина уклона труб

    Данная характеристика важна в простых безнапорных канализациях, так как влияет на скорость движения стоков и работоспособность системы. Обычно выражается она в сантиметрах на метр водопротока или в % (перепад высот концов метровой коммуникации в 1 см означает, что ее наклон равен 1%).

    Уклон труб зависит от их диаметра и в среднем для следующих типоразмеров составляет:

    • 50 мм – 3 см/1 м (3%);
    • 110 мм – 2 см/ 1 м (2%);
    • 160 мм – 0,8 см/1м (0,8%).

    При малом уклоне сток будет медленным и труба быстро заилится тяжелым оседающими на ее дне частицами. Слишком большой наклон коммуникаций также негативно влияет на их нормальное функционирование – сброс значительного количества стоков приведет к их расслаиванию и прилипанию тяжелой фракции по контуру внутренних стенок водопротока.

    Категорически недопустим отрицательный уклон, при котором водопроток направлен не в сторону основного стока, а в обратную.

    Вычисление объема септика

    Требуемая вместимость простого автономного 2-х камерного сборника сточных вод высчитывается следующим образом:

    Vсептика=0,2×Кж×3×1,2, где:

    • Vсептика – объем септика, л;
    • Кж – количество жильцов в доме, чел;
    • 0,2 — среднее суточное водопотребления на 1 человека (200 л или 0,2 м3);
    • 3 – коэффициент, определяющий то, что септик должен вмещать трехдневный канализационный сток от всех жильцов;
    • 1,2 – поправочный коэффициент, применяемый для увеличения вместительности септика на 20%, которые занимает выпадающий на дно твердый осадок.

    Для семьи состоящей из трех человек объем септика составляет Vсептика =0,2×3×3×1,2=2,16 м.куб

    Недопустимо использовать для слива бытовых стоков простую, выгребную яму со стенками необлицованными кирпичом. Попадающие в нее нечистоты, впитываясь в вертикальную земляную толщу, будут интенсивно загрязнять почву и грунтовые воды. Наиболее выгодно и удобно применять для обустройства камер септика такую железобетонную конструкцию, как колодезное кольцо с диаметром 1 -1,5 м.

    Проектирование ливневой канализации

    Помимо сточных вод, поступающих из здания, необходимо удалять с участка и выпадающие на него атмосферные осадки. Для этих целей служит специальная ливневая канализация (ливневка), состоящая из открытых водостоков (наземных желобов) отводящих большое количество воды в центральный специальный городской коллектор, отдельный домашний колодец, открытую сточную канаву, расположенный неподалеку водоем.

    Категорически запрещается сбрасывать такие стоки в бытовой септик – в случае частых и интенсивных осадков он будет быстро наполняться и засоряться содержащимся в воде песком и землей.

    Расчет ливневых канализационных стоков, необходимый для правильного проектирования системы водоотведения, производится по следующей формуле:

    Vливневых стоков=Оср.×S×φ, где:

    • Vливневых стоков – объем ливневых вод, который необходимо отвести при помощи канализации;
    • Оср. – интенсивность осадков, выпадающих в регионе (л/сек);
    • S – площадь, с которой будет производится сбор ливневых вод для отведения в канализацию, га;
    • φ — коэффициент водопоглощения материала, с которого будет производиться сток в ливневку.

    На основе расчетов подбирается водоотводящий открытый лоток с определенным проходным сечением.

    Необходимо рассчитать объем ливневых вод и подобрать оптимальный по сечению вид водоотводящих лотков для полностью бетонированного участка (φ бетона =0,85), расположенного в Подмосковье (Оср.г=80л/сек), площадью 500 м2 (0,05 га) с домом, имеющим кровлю (φ=1) площадью 60 м2 (0,006 га).

    Vливневых стоков = (Оср.×S×φ) участка+(Оср.г×S×φ) кровли. = (80×0,05×0,85)+(80×0,006×1)=3,88л/сек.

    Исходя из такого количества осадков, подбирается канализационный ливневый лоток, способный при сильных дождях пропускать объем воды на 20-25 % выше полученного результата.

    Водопропускная способность различных наземных водостоков.

    Вид водоотводящего лоткаСечение проходное, ммВодопропускная способность при уклоне 5 мм/1м (0,5%) , л/сек.
    Пластиковый1405,1
    Бетонный1365,2
    Полимербетонный925,0
    Полимерпесчаный1025,7

    Используя приведенную таблицу можно сказать, что наиболее эффективна будет ливневая канализация из пластиковых лотков с проходным сечением 140 мм и водопропускной способностью 5,1 л/сек.

    Выполнить проектирование и рассчитать значения основных показателей для канализации частного дома можно самостоятельно, следуя описанным выше рекомендациям и правилам. Если же необходим более точный гидравлический расчет данных коммуникаций, следует обратиться в узкоспециализированную проектную организацию.

    Расчет канализации — учесть все нюансы

    Грамотный гидравлический расчет канализации для частного дома, диаметр труб, пропускная способность стоков, количество человек — все это способствует недопущению появления частых засоров и поломок в системе. Позволяет собственнику жилья экономить значительные денежные средства на проведении ремонтных работ.

    Провести расчет канализации можно при помощи действующих санитарных правил, либо математических формул. Второй вариант для многих покажется трудным. Поэтому лучше воспользоваться СНиП.

    1. Виды расчетов
    2. Расчет наклона
    3. Расчет наклона в наружной системе
    4. Наклон ливневой канализации
    5. Расстояние от системы до важных объектов
    6. Гидравлический расчет
    7. Степень наполненности
    8. Диаметры труб
    9. Подсчет материалов
    10. Видеообзор:

    Виды расчетов

    Расчет канализации многоквартирного дома и частного подразумевает следующие процедуры:

    • Определение уклона сточной системы по отношению к септику;
    • Поиск оптимального расстояния от деталей системы до важных объектов (для обустройства наружной канализации);
    • Гидравлический расчет канализации;
    • Вычисление количества материалов, необходимого для работы.

    Расчет наклона

    Угол наклона трубы устанавливается с целью обеспечения скорости движения воды и других отходов. Этот параметр в идеальных условиях должен составлять порядка 70 сантиметров в секунду. Такую скорость принято называть самоочищающейся, то есть она обеспечивает наименьшую вероятность засорения канализации.

    В настоящее время для определения минимально необходимого угла наклона можно применить одну из многих современных методик. Однако проводить расчеты не имеет смысла, потому что оптимальное значение давно известно. Здесь важно просто руководствоваться диаметром используемых труб:

    • Значение угла наклона будет составлять 3 сантиметра на каждый метр системы при использовании труб с диаметром 40-50 миллиметров;
    • Значение угла наклона будет составлять 2 сантиметра на каждый метр системы при использовании труб с диаметром 85-100 миллиметров.

    Стоит отметить, большинство мастеров придерживаются мнения о том, что с большим наклоном канализация будет лучше функционировать. И такая точка зрения ошибочна.

    Максимальное значение угла должно составлять не больше 15 сантиметров на каждый метр магистрали. Подвох заключается в том, что стоки, проходящие по трубам, не являются однородной массой. Если угол будет больше обозначенного значения, то в системе происходит расслоение стоков, и твердые субстанции будут оставаться на стенках.

    В качестве примера исключения можно привести лишь те участки, имеющие протяжность не более 1,5 метра, и примыкающие непосредственно к сантехнике. Здесь параметр угла может быть любым

    Расчет наклона в наружной системе

    Во время проведения монтажных работ наружной канализации стоит придерживаться требований, касающихся соблюдения угла наклона в системе:

    • При использовании деталей, имеющих диаметр 150 миллиметров, должен соблюдаться угол 8 миллиметров на каждый метр;
    • При использовании труб, имеющих диаметр 200 миллиметров, должен соблюдаться угол 7 миллиметров на каждый метр.
    Читайте также:  Гортензия Сандей Фрайз: описание и 30 фото, чтобы оценить всю красоту Sundae Fraise

    Наклон ливневой канализации

    В этом вопросе важно помнить, что расчет канализационных стоков необходимо проводить как для деталей основной магистрали, так и для водоотводной канавы. Наименьшее пороговое значение, которое следует соблюдать для этих ответвлений, будет зависеть от типа покрытия, а также диаметра. Искомый параметр должен быть не меньше 3%. Однако зачастую его увеличивают до значения в 5-7%. Говоря непосредственно о трубопроводе, минимальное значение угла наклона будет рассчитываться с учетом идентичных признаков, о которых говорилось ранее.

    Расстояние от системы до важных объектов

    Для расчета расстояния от деталей наружной сточной системы необходимо учитывать тот факт, что даже аварийная ситуация на трубопроводе не должна причинить вреда экологической обстановке. По этой причине, на основе действующих санитарных норм и правил, прописанных в СНиП, минимальное значение расстояния до важных объектов должно быть таким:

    1. Не менее 5 метров от септика до ближайшего жилого дома.
    2. 30 метров от канализации до ближайшего водоема.
    3. 20 метров до скважины с питьевой водой или колодца.
    4. 3 метра до дерева.
    5. Не менее 20 метров до дороги или границы участка.
    6. Не менее 20 метров до реки или ручья.

    Выполнения вышеназванных санитарных норм находится под контролем органов власти, а также санэпидемстанции. В случае выявления несоответствий на участке, собственник может быть привлечен к административной ответственности. При этом канализационную систему придется полностью переоборудовать согласно действующим правилам.

    Также стоит отметить, что в нормативах отсутствует пункт, регулирующий глубину септика. По этой причине в процессе его оборудования ориентироваться необходимо на трубу, подходящую к корпусу под наклоном. По вопросу глубины промерзания особо заморачиваться не стоит, потому что внутри септика постоянно поддерживается плюсовая температура за счет органического разложения стоков.

    Гидравлический расчет

    Чтобы выполнить гидравлический расчет системы водоотведения необходимо провести:

    1. Расчет диаметра канализационной трубы;
    2. Расчет степени наполненности системы.

    Стоит отметить, что в гидравлические расчеты подпадает и определение угла наклона. Однако чаще всего монтажники используют уже известные параметры.

    Степень наполненности

    Расчет канализации для частного дома предусматривает неполное заполнение водостока. По своей сути пропускная способность канализационных труб нуждается в небольшом запасе, направленном на обеспечение вентиляции, а также для пропуска различных крупногабаритных предметов.

    Оптимальная величина наполняемости трубопровода зависит от того, какого диаметра используются трубы в системе:

    • Коэффициент 0,6 подходит для канализации с диаметром труб от 150 до 250 миллиметров;
    • Максимальная наполняемость 0,7 подходит для канализации с диаметром труб от 300 до 400 миллиметров;
    • Максимальная наполняемость 0,75 подходит для канализации с диаметром труб от 450 до 900 миллиметров.

    Диаметры труб

    Использовать сложные математические формулы для расчета диаметра трубы не нужно, так как есть уже готовые оптимальные значения, используемые повсеместно:

    • Отведение стоков в санузле обеспечивается трубой в 100-110 миллиметров;
    • С идентичной целью в ванной комнате или кухне можно использовать деталь в 50 миллиметров;
    • Идеальная пропускная способность стояка канализации обеспечивается трубой в 110 миллиметров.

    Важно помнить, что при монтаже канализации не допускается перепадов уровней на протяжении всего трубопровода. Расчет канализации многоквартирного дома должен выдать оптимальную скорость потока, которая обеспечит высокие эксплуатационные характеристики системы.

    Подсчет материалов

    После того, как канализация для 4 человек будет полностью просчитана, можно переходить к этапу подсчета необходимого количества труб и иных материалов для работы. Такие действия помогут собственнику понять стоимостью проекта и правильно сформировать бюджет будущих работ.

    Для выполнения поставленной задачи следует нарисовать план участка или квартиры и перенести на него каждый элемент сточной системы. После этого провести конечный подсчет длины трубопровода не вызовет трудностей.

    Видеообзор:



    Гидравлический расчет канализации

    • Новости
    • Статьи
    • Вопрос ответ

    Канализационная система загородного дома будет работать эффективно, если поступление бытовых стоков, их переработка и выведение из очистного сооружения будут сбалансированы. Сбалансированный объем хозяйственно-бытовых стоков, проходящих через канализационные трубы, определяет пропускную способность канализации в целом.

    Помимо пропускной способности трубопровода на функционирование и производительность системы влияют другие параметры труб канализации. Для этой цели производят гидравлический расчет. При выполнении такого расчета необходимо знать, сколько стоков в среднем приходится на одного человека, пользующегося системой канализации. По умолчанию принимается значение 200 литров на одного человека в сутки.

    Так как загородная канализация, как правило, является самотёчной, т.е. напор жидкости в трубопроводах ничем не создается, это требует прокладывать трубы под определенным уклоном, что, в свою очередь, требует соблюдения определенной конфигурации трубопроводной сети, в противном случае поток в трубах может течь медленно, что способствует образованию засоров. Также слишком большой уклон плохо влияет на работу системы канализации. Для того чтобы избежать проблем с равномерным течением канализационного потока и производят гидравлический расчет.

    Как выполнить гидравлический расчет?

    Для определения требуемого диаметра труб, угла уклона, который необходимо соблюдать при их прокладке применяют специальные формулы. Но так как стоки в трубопроводе движутся неравномерно, математические расчёты, учитывающие этот факт, были бы очень сложным. Чтобы их не усложнять, было принято допущение, что сточные воды равномерно движутся в трубах системы. Это позволило определять необходимые параметры для трубопровода с небольшими погрешностями, но без сложных расчетов.

    Более того, для еще большего упрощения существуют готовые таблицы и графики, с помощью которых можно определить приемлемые характеристики трубопровода для ряда типовых случаев, не выполняя расчетов вовсе, но погрешность при использовании таких таблиц выше, чем при использовании формул.

    Из чего состоит гидравлический расчет?

    При применении упрощенного метода гидравлического расчета используют малое число переменных.

    Как правило, в первую очередь учитывают диаметр трубопровода, скорость движения жидкости в нем (средняя), уклон трубы. Также часто используют параметр, определяющий степень заполнения трубы жидкостью, который рассчитывается как отношение высоты уровня жидкости в трубе к ее диаметру. Если трубопровод пустой, степень заполнения будет равна нулю, если труба заполнена целиком, то степень равна единице.

    Для эффективной работы автономной канализации трубопровод должен быть заполнен частично, оптимальное значение степени заполнения должно находиться в диапазоне 0,5 – 0,6.

    На степень заполнения трубопровода стоками также влияют некоторые особенности труб, например, материал, из которого они изготовлены.

    Свойства материала труб

    У труб из пластика внутренняя поверхность очень гладкая, стоки проходят в них легко, без сопротивления, поэтому оптимальная степень заполнения таких труб может быть равна 0,5.

    Внутренняя поверхность труб из чугуна, керамики или асбеста шероховатая, и чтобы преодолеть образующееся сопротивление, масса стоков (следовательно, и их объем) должна быть больше, поэтому степень заполнения должна быть выше и равна 0,6.

    Степень шероховатости труб объясняет, почему оптимальная степень заполнения имеет диапазон, а не фиксированное значение. Оптимальная степень заполнения позволяет поддерживать необходимую скорость движения сточных вод внутри трубы – 0,7 м/с.

    Пространство над жидкостью в трубе позволит отводить образующиеся в стоках газы, а также облегчает движение крупных частей бытовых отходов, попавших в канализацию. Чем больше диаметр трубы, тем больше должна быть степень ее заполнения. Так, для трубы диаметром 200 мм, оптимальная степень заполнения может быть 0,6, а для трубы диаметром от 900 мм степень заполнения будет составлять 0,8.

    Казалось бы, чем больше заполнена труба (т. е. чем выше степень заполнения), тем больше пропускная способность канализационной системы, и тем больше стоков она сможет принимать. Но степень заполнения для труб большого диаметра, не говоря уже о мелких трубах, не должна превышать 0,8. Т. к. сточные воды поступают в канализацию непостоянно, то существуют участки в трубопроводе, которые либо заполнены, либо вовсе пустые. Если бы трубопровод был заполнен полностью, то при залповом сбросе стоки бы переполнили канализацию, сорвался бы гидрозатвор и бытовые отходы могли бы попасть в комнаты дома.

    Угол уклона трубы

    Диаметр канализационных труб как внутри дома, так и снаружи определяет, под каким углом необходимо делать уклон при их прокладке.

    Когда проектируется канализационная система для большого числа пользователей или для большого объекта, для обеспечения уклона используют естественный рельеф участка, это позволяет снизить объём работ, финансовые затраты. При этом, расчет уклона необходимо проводить как можно точнее.

    Для канализаций частных домов и коттеджей, где длина трубопровода будет небольшой, а значит не потребуются большие объемы монтажных работ, для определения уклона допускается воспользоваться таблицами, в которых указаны значения уклона в зависимости от диаметра труб.

    Например, уклон трубы диаметром 110 мм должен составлять 20 мм на погонный метр, а для трубы диаметром 200 – 7 мм на метр. Как видно, уклоне меньшее, если диаметр трубы большой, и наоборот.

    При определении уклона для трубопровода внутренней канализации за начальную отметку не должен браться пол помещения, т. к. нет гарантий, что он ровный. Поэтому, лучше всего использовать уровнемер – пузырьковый или лазерный.

    Большой уклон и скорость движения стоков

    Если уклон трубы больше 15 см на 1 метр, то система работать не будет.

    Чем больше уклон, тем быстрее сточные воды попадают в очистное сооружение, и тем выше пропускная способность системы, но это ошибочное мнение. Опять же из-за неравномерного поступления канализационных стоков в трубопровод при быстром прохождении их в трубе стоки поделятся на две части – жидкая и твердая. Жидкая составляющая сточных вод имеет низкую вязкость и быстро достигнет цели – очистного сооружения. Твердая же часть имеет высокую вязкость, и она будет оседать на стенках трубы, липнуть к ним. Это приведет к заужению диаметра трубы и к её засорению в дальнейшем.

    Чем выше скорость потока, тем быстрее будут изнашиваться трубы, благодаря твердым абразивным частицам, находящимся в стоках. Максимальная скорость потока для труб из различных материалов отличается: для труб из металла скорость может достигать 8 м/с, трубы из керамики, бетона выдержат скорость до 4 м/с.

    Минимальную скорость, с которой стоки могут двигаться в системе называют также самоочищающей. Это такая скорость стоков, при которой они свободно текут в трубе, при этом не оседая на её стенках.

    Для вывода осветленной воды из очистного сооружения скорость может быть ниже, т. к. в выходящей жидкости не содержаться крупные фрагменты, но все же есть требования к минимальной скорости, она должна быть не меньше 0,4 м/с.

    Дополнительные расчеты

    Если ваша канализационная система отличается от стандартных вариантов или имеются какие-то особенности участка, которые скажутся на прокладке труб, то могут потребоваться дополнительные расчеты с различными коэффициентами и переменными, отсутствующие в готовых таблицах для типовых систем.

    В таком случае данный расчет выполнят специалисты организации, которая будет сооружать канализационную систему на вашем участке.

    Оцените статью
    Добавить комментарий