книги из ГПНТБ / Бричкин А.В. Направленное разрушение искусственных минеральных сред огнеструйными горелками

молотками, которые при частой смене рабочего органа дают низкие показатели. К тому же перечисленные спо­ собы могут быть использованы только в стационарных условиях и не охватывают всего многообразия строи­ тельно-монтажных работ во всех отраслях промышлен­ ности. Необходимо также отметить, что при использова­ нии пневмоииструмента или буровой установки трудоем­ кость работ резко возрастает при повышении качества бетона и мощности армирования. В кирпичных и особен­ но в бетонных конструкциях небольшой толщины появ­ ляются побочные трещины. Отверстия же получаются неправильного очертания, а размеры их часто значитель­ но больше требуемых.

Поиски новых методов направленного разрушения крепких минеральных сред ведутся в следующих направ­ лениях:

1) разрешение струей воды высокого давления при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях истечения;

2)разрушение электрофизическими способами: ульт­ развуковым, электроимпульсным, с применением электро­ гидравлического эффекта, высокочастотным, электро­ магнитным;

3)термическое разрушение.

В настоящее время огнеструйный способ широко ис­ пользуется для бурения скважин и шпуров в горнорудной промышленности, для добычи и обработки поверхности строительного камня из крепких горных пород. Исследо­ вания последних лет показали, что он может быть успеш­ но применен и для направленного разрушения искусст­ венных минеральных сред (бетон, железобетон, шлакобе­ тон). Первые работы в этой области в СССР начаты и интенсивно проводятся в Казахском политехническом институте. Полученные результаты и технико-экономиче­ ские показатели свидетельствуют о значительном преиму­ ществе и перспективности этого способа.

Настоящая работа посвящена вопросам направленно­ го разрушения искусственных минеральных сред огнеструйными горелками. При ее составлении авторами использована ранее опубликованная ими брошюра «Огне­ вой способ направленного разрушения бетона и железо­ бетона» (Алма-Ата, 1965) и новые теоретические и экспериментальные данные, полученные за последние годы.

. В работу введен ряд новых разделов: использование горелок для нивелирования свайных оснований, оплавле­ ние поверхности, описание ряда технологических процес­ сов, взаимодействие высокотемпературного факела с по­ верхностью некоторых минеральных сред. Существенно расширена глава о зоне нарушения прочности при огне­ вой резке не только бетонных плит, но- и бетонных и железобетонных изделий различной толщины.

Авторы книги не претендуют на исчерпывающее изло­ жение данной темы, а опираются в основном на исследо­ вания и опыт проблемной лаборатории КазПТИ. Крити­ ческие замечания по существу теоретических, методиче­ ских и конструктивных положений, приведенных в работе, просим высылать по адресу: Алма-Ата, Сатпаева, 22, Ка­ захский политехнический, институт, проблемная лабора­ тория новых физических методов разрушения горных пород и бетонов.

Г л а в а I

ТЕРМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАЗРУШЕНИЯ

В основе термических методов лежит свойство минеральной среды разрушаться под действием тепло­ вых потоков. Источником тепла может служить хими­ ческая реакция сгорания топлива в окислителе или элек­ трическая энергия. В зависимости от условий течения химической реакции и вида компонентов можно разли­ чать следующие термические методы: кислородное ко­ пье, порошково-кислородное копье и огнеструйный.

Кислородное копье основано на действии тепла, возни­ кающего в результате сгорания железа в кислороде. Копье представляет собой железную трубу, заполненную 4—5-миллиметровой проволокой или стружкой, снабжен­ ную рукоятью с вентилем для регулирования подачи ки­ слорода. Иногда для увеличения тепловой мощности копья и диаметра прожигаемых отверстий проволока на­ матывается и на наружную поверхность трубы. Передний конец трубы предварительно нагревается автогенной го­ релкой или сварочной дугой до начала ее интенсивного горения. При зажигании в трубу подается кислород под давлением 0,5 ати. После воспламенения копья и доста­ точного заглубления его в бетон давление кислорода по­ вышается до рабочего. В процессе прожигания отверстий для лучшего удаления расплавленной массы из полости копью необходимо сообщать возвратно-поступательные и вращательные движения, сильно прижимая его к разру­ шаемому материалу.

Опыты с кислородным копьем проводились еще в 1901 г. в Германии. Этот способ впервые (1912—1913 гг.) был применен во Франции при разрушении бетонных и каменных сооружений [2, 3]. В СССР эксперименты по применению копья для бурения шпуров велись в 1951—

1952 гг. [4] при проходке штольни на одном из рудников Урала в породах различного состава и трещиноватости с крепостью f = 6—14 по Протодьяконову. Исследования по разрушению бетонов кислородным копьем ведутся и в настоящее время [5—7].

В J968 г. во Франции копье было применено для устройства проемов в сплошных железобетонных стенах толщиной 60 см. Рабочим органом служила толстостенная водогазопроводная труба диаметром 21/15 мм, в которую вводили 16 проволок диаметром 3 мм. Кислород поступал от батареи баллонов через редуктор под давлением 5 атм. Расход кислорода составлял от 30 до 50 м3/час на одно копье. Отверстия диаметром 60—80 мм пробуривались за

железобетона кислородным копьем затруднено, а во мно­ гих случаях и невозможно [8].

Резка железобетона малой толщины кислородным ко­ пьем выполняется путем образования по линии реза ряда отверстий, перемычки между которыми разрушаются ме­ ханическим путем.

Основным недостатком копья является большой рас­ ход металла. При толстостенных трубках (17/8—19/6 мм) с заложенной внутрь малоуглеродистой стальной прово­ локой диаметром 5 мм расход превышает в 5—7 раз глу­ бину образованного шпура и в 12 раз — при газовых тру­

полости обработки и малоэффективного подвода тепла к поверхности разрушения. Это ограничивает глубину бу­ рения, требует больших затрат тепла и снижает эффек­ тивность процесса. При прожигании железобетона копьем кислород расходуется не только на горение стали, но и на выдувание из полости шпура продуктов горения копья и расплавленного бетона. При этом кислород, выполняя транспортную роль, охлаждает факел и образующийся шлак. Незначительная скорость газового факела при от­ носительно невысокой температуре (из-за ввода большо-

вертикальной плоскости в 1,2—2 раза выше производи­ тельности резки в горизонтальном направлении, что объ­ ясняется лучшими условиями для стекания шлаков. При прожигании вертикального отверстия снизу вверх значи­ тельно возрастает расход копий из-за сильного нагрева и даже частичного расплавления их стекающим шлаком, вызывая быстрое сгорание.

В МИСИ им. В. В. Куйбышева и в Научно-исследова­ тельском институте организации, механизации и техниче­ ской помощи строительству (НИИОМТП) проводились опыты по кислородно-флюсовой резке бетона и железо­ бетона [7]. Часовой расход флюса марки ФХ-1 составлял

автоматизации Алма-Атинского Всесоюзного НИИ строй­ материалов (ВНИИСМ) предложен электротермический способ резки и образования отверстий в бетоне и естест­ венных строительных камнях [10]. К угольным или гра­ фитовым электродам подводится ток от сварочного пре­ образователя ПС-300-1. Возникающая между электрода­ ми дуга, имеющая температуру 3500—4000°К, плавит бетон. Расплавленный бетон обладает электропровод­

бетонного образца по мере стекания расплавленной мас­ сы. Скорость резки находится в прямой зависимости от силы тока режущей дуги и определяется толщиной раз­ резаемых изделии. При толщине железобетонной плиты 60 мм скорость резки составляла 1,5—1,7 м/час, при тол­ щине 100 мм— 1,2—1,3 м/час. Железобетонный куб раз­ мером 205X205 мм был разрезан на 2 части за 47 мин., ширина реза — 60 мм..

Аналогичные установки для электродугового прожи­ гания отверстий в бетонных, железобетонных и кирпич­ ных конструкциях были созданы во Всесоюзном заочном инженерно-строительном институте (ВЗИСИ) [11]. Они в экспериментальном порядке были опробованы на ряде строительных объектов Москвы. Балка сечением 120Х Х80 см из'бетона марки 400 с заполнителем из гранитно­ го щебня и расходом арматуры 300 кг/мг резалась за 5