книги из ГПНТБ / Барон, Л. И. Износ и защита внутренних поверхностей угольных бункеров

Усадка балочек из растворов, которыми были приклеены плит­ ки, показана на рис. 103, из которого видно, что в основном усадка происходила в первую неделю твердения в естественных воздуш­ ных условиях.

S

сэ з:

>

г

5 10 15 20

Время Выдержка образцов Во Влажных услодиях,сутки

Рис. I02. Графики изменения прочности сцепления цементно-пес­ чаного раствора с бетонными плитками в зависимости от вре­ мени выдержки во влажных условиях при разных весовых со­ отношениях цемента и песка в растворе:

/ — 1:2: 2 — 1: 3

Следует отметить, что во время выдержки балочек во влажных условиях вначале происходило даже их набухание. При длитель­ ной же выдержке в камере (более 9—10 суток) наблюдалась не­ которая усадка, величина которой при проведении экспериментов достигала 0,075 мм/м. По-видимому, эта усадка вызывалась не по­ терей влаги, а бурными процессами, протекающими при твердении раствора.

К моменту определения прочности сцепления (на 70-с сутки), несмотря па различное время выдержки образцов во влажных ус­ ловиях, величина усадки балочек была примерно одинаковой. Проч­ ность же сцепления, как это видно пз данных, приведенных в табл. 49, была различной, что указывает па благоприятное влия­ ние па величину прочности сцепления безусадочного твердения раствора в первые дни после его укладки. Безусадочное твердение раствора в указанный период позволяет накопить достаточно высо­ кую прочность сцепления, которую не может нарушить наступаю­ щая впоследствии усадка,

182

Таким образом, создание влажных условий твердения прослой­ ки из цементно-песчаного раствора в первые семь суток после его укладки позволяет в известной степени нейтрализовать вредное влияние усадки и получить достаточно высокую прочность сцеп­ ления плиток футеровки с цементно-песчаной прослойкой.

Возраст образцов, сутки

Рис. ЮЗ. Кривые усадки балочек из цементно-песчаного ра­ створа (цифры у кривых указывают время выдержки бало­ чек во влажных условиях)

Влажные условия твердения могут быть созданы как покрытием свежеуложенных плиток футеровки пленкой из воздухонепроницае­ мого материала (например, полиэтиленовой), так и засыпкой футе­ ровки слоем опилок или песка с систематической поливкой этого слоя водой.

Были проведены также эксперименты по определению прочно­ сти сцепления образцов с цементно-песчаным раствором при до­ полнительном применении синтетических клеев. Особого внимания заслуживает, как показали опыты, эффект увеличения прочности сцепления при предварительном нанесении тонкого слоя клея на поверхности сцепления.

В л и я и и я х а р а к т е р и с т и к п о в е р х п о с т ей с ц е п л е- н и я (влияние предварительного покрытия поверхности сцепления тонким слоем клея1 и формы тыльной поверхности плиток). Эксперименты по выяснению эффективности применения клея про­ водились на образцах, приклеенных цементно-песчаным раствором

1 В аспекте рассматриваемой авторами совокупности влияющих факторов данный фактор логично рассматривать как фактор своеобразной активации повер­ хностей сцепления.

183

состава 1:1. Такой состав был примят с той целью, чтобы макси­ мально проявилось влияние усадки.

При проведении опытов испытывалась прочность сцепления с бетонным основанием бетонных, а также металлических (сталь­ ных) плиток размером в плане 100X100 мм.

Предварительно поверхность металлических и бетонных плиток, а также поверхность бетонного основания покрывали слоем моди­ фицированного фенолформальдегидного клея ПЭФ толщиной 0,05—0,1 мм. Через 2 ч после нанесения клея плитки прикрепляли цементно-песчаным раствором к бетонному основанию. Одновре­ менно укладывали по шесть плиток. Прочность сцепления опреде­ ляли на 7 и 70 сутки твердения раствора в естественных воздушных условиях. В расчет принимали среднее арифметическое значение прочности сцепления по шести опытам. Результаты экспериментов приведены в табл. 50.

Из данных, приведенных в таблице, видно, насколько сущест­ венно повышается прочность сцепления при покрытии поверхности плиток слоем клея. Необходимо подчеркнуть, что разрушение при отрыве плиток происходило, как правило, по раствору, а не по плоскости сцепления. Если прочность сцепления бетонных плиток

семи суток в два раза, то прочность сцепления тех же плиток, но покрытых слоем клея, с цементно-песчаным раствором за то нее

Для проверки полученного эффекта были специально проведены дополнительные опыты. Бетонные балочки размером 70Х70Х Х220 мм склеивали цементно-песчаным раствором, имеющим вре­ менное сопротивление сжатию 350 кге/см2. Торцы балочек, склеи­

184

плиток контакта с цементно-песчаной прослойкой не имела. Для выявления причин этого явления были проведены специальные эксперименты по приклеиванию плиток из стекла размером в плане 150x150 мм цементно-песчаными растворами разной подвижности. В соответствии с технологией укладки плиток слой раствора раз­ равнивали, укладывали на него плитку и слегка по ней постукива­ ли, чтобы достичь более плотного прилегания плитки к раствору. Одиако после схватывания раствора под стеклянными плитками были видны следы воды и воздуха, иными словами — места непроклея. Объясняется это, по-видимому, тем, что при укладке плитки на горизонтальную поверхность из цементно-песчаного раствора на контакте плитки с раствором во многих местах образовывались пузырьки воздуха и оставались небольшие скопления воды. Вода адсорбировалась плиткой или раствором, но на ее месте оставался непроклей. Было замечено, что у большинства плиток площадь тыльной поверхности намного превышала фактическую площадь сцепления.

Для увеличения прочности сцепления па тыльной стороне пли­ ток имеются пазы и выступы различной конфигурации, которые увеличивают прочность сцепления благодаря увеличению поверх­ ности контакта с раствором, а также вследствие защемления ра­ створа.

Однако это не приводит к увеличению сопротивления разруше­ нию при ударе, так как выпускаемые в настоящее время промыш­ ленностью облицовочные и другие плитки имеют тыльные плоско­ сти, параллельные плоскости лицевой поверхности, что вызывает появление непроклеев.

Для устранения этих недостатков целесообразно применять об­ лицовочные плитки, выступы п пазы на тыльной стороне которых будут выполнены так, что плоскостей, параллельных лицевой по­ верхности, на них не будет. Тыльная сторона таких плиток может состоять, например, из расположенных рядом четырехгранных пи­ рамид, конусов и т. п.

Предлагаемая конструкция плитки такого рода, у которой вы­ ступы и пазы тыльной стороны образованы расположенными рядом четырехгранными пирамидами, показана на рис. 105.

При укладке такой плитки на прослойку из цементно-песчано­ го раствора пузырьки воздуха и вода скапливаются у вершин пи­ рамид. При этом занимаемая ими площадь составляет лишь незна­ чительную часть общей площади контакта плитки с раствором. В результате применения плиток с такой формой тыльной поверх­ ности уменьшается площадь непроклеев, увеличивается площадь сцепления плитки с раствором н, следовательно, повышаются общая прочность сцепления и сопротивление плитки разрушению ударом.

Для проверки высказанных предположении были изготовлены три партии бетонных плиток размером в плане 100x100 мм с тыль­ ной поверхностью, аналогичной показанной на рис. 108. Плитки

186

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРА УСТАЛОСТИ

Данный цикл экспериментальных исследований заключался в определении предела выносливости плиточных футеровок из раз­ ных материалов при ударных нагрузках выполнением опытов на гравитационном копре высотой 10 м. Согласно принятой методике, образец футеровочного материала (плитка) испытывался на уста­ лость при повторных ударах падающего груза. По результатам этих испытаний для каждого вида плиток строили кривую уста­ лости и определяли предел выносливости.

Для испытаний были приняты следующие футеровочиые мате­ риалы: плитки из каменного литья Донецкого камнелитейного за­ вода размером 180X115X18 и 250X250X30 мм; плитки керами­

вые Константиновского завода им. Октябрьской революции разме­

Предел выносливости кирпича ие определялся потому, что со­ гласно материалам натурных исследований и наблюдений футеров­ ка из кирпича никогда не разрушается от раскалывания или от­ клеивания от основания отдельных кирпичей (разрушение кирпи­ чей футеровки происходит только от изнашивания).

В качестве сыпучего материала при исследованиях был принят антрацит с коэфициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова /=1,8. Как известно, антрацит разделяют на следую­ щие фракции крупности: +100; 50— 100; 25— 50; 13— 25; 6— 13 и

0—6 мм. Для каждого из этих классов проектируются и строятся бункера, а следовательно, и устраивается футеровка.

Натурные исследования износа внутренних поверхностей бунке­ ров для сортовых углей показали, что раскалывание плиток футе-

188

ровки и отрыв их от основания в результате ударов падающих кусков при загрузке бункера, как правило, имеют место при круп­ ности угля 25 мм и более. В связи с этим дальнейшие испытания сопротивляемости футеровочпых материалов разрушению при уда­ ре проводились только с углем (антрацит) крупностью 150, 100 и 50 мм.

Для определения предела выносливости футеровочпых материа­ лов, приклеенных к основанию, на них сбрасывали металлические шарики разного веса с высоты 4, 6, 8 и 10 м.

Предварительно для кусков антрацита крупностью 150, 100 и 50 мм были определены веса эквивалентных шаров. Под эквива­ лентностью в дампом случае понималось одинаковое разрушаю­ щее воздействие при равной высоте сбрасывания. В качестве кри­ терия ударного воздействия принимали число ударов, необходимое для раскалывания плитки, свободно уложенной на слой песка тол­ щиной 50 мм.

На бетонные, шлакоситалловые и плитки из каменного литья с различной высоты сбрасывали шарики разного веса. Для каждой намеченной величины произведения высоты сбрасывания на вес шара разбивали по 10 плиток. Для каждой высоты падения опре­ деляли зависимость числа ударов, необходимого для раскалывания плитки, от веса падающего шара.

Затем аналогичные эксперименты были проведены при сбрасы­ вании с различной высоты на плитки, свободно лежащие на песке, кусков, антрацита размером 150, 100 и 50 мм. Для каждого значе­ ния высоты падения и размера кусков антрацита фиксировали число ударов, требовавшееся для разрушения плитки.

Эквивалент каждому размеру куска антрацита определяли ус­ реднением веса шара для различных высот сбрасывания, получен­ ных графически, в виде точек пересечения линии числа ударов, не­ обходимых для раскола плитки, с кривой зависимости необходимо­ го числа ударов для раскола плитки от веса шара.

Результаты экспериментов были обработаны методами матема­ тической статистики.

Значения эквивалентного веса стальных шаров (оказывающего одинаковое ударное воздействие) для кусков антрацита разной крупности следующие:

Как было показано выше, сопротивлние плиток футеровки раз­ рушению ударом в значительной мере зависит от прочности сцепле­ ния плиток с основанием при нормальном отрыве. В связи с этим для определения предела выносливости плиток футеровки при уда­ ре исследуемые плитки укрепляли па различных прослойках, обес-

189

Печивающих прочность сцепления плиток футеровки с основанием при нормальном отрыве от 3 до 10 кгс/см2.

Каждую плитку приклеивали к бетонной призме размером 350x350x100 мм. Подвижность раствора при укладке плиток со­ ставляла 8—9 см (по погружению стандартного конуса СтройЦНИЛ).

Толщина прослойки между поверхностью бетонной призмы п плиткой была принята 10 мм. При приклеивании плитку утаплива­ ли в раствор так, чтобы по всему ее периметру образовался из ра­ створа бортик шириной 40 мм, имитировавший влияние соседних плиток футеруемой поверхности.

Приклеенные плитки выдерживали первые семь суток в нор­ мальных условиях твердения, после чего хранили в воздушно-су­ хих условиях, а затем (после 28 суток твердения раствора) их ис­ пытывали.

Перед испытанием, используя специально изготовленные и при­ клеенные образцы, посредством прибора ГПНВ-5 по описанной вы­ ше методике определяли прочность сцепления плиток с основанием при нормальном отрыве.

Для каждого веса шара и высоты его падения испытывали по три плитки, а число ударов, необходимое для раскалывания плитки или отслоения ее от основания, вычисляли как среднее арифмети­ ческое из трех испытаний.

Сопротивление разрушению при ударе оценивали числом уда­ ров до появления сквозных трещин пли до начала отслаивания

190

ность сцепления плиток с основанием при нормальном отрыве

8 кгс/см2) .

По результатам экспериментов были построены графические за­ висимости числа ударов Л', необходимых для разрушения плиток

1 — 4 м: 2 — 6 м

футеровки, от веса шара при заданной высоте его падения И на гра­ витационном копре. Соответствующие кривые показаны для плиток каменного литья толщиной 18 мм, прочностью сцепления при нормальном отрыве R°c = 5,3 кгс/см2 на рис. 106, для плиток ка­

менного литья толщиной 30—40 мм, прочностью сцепления при нормальном отрыве R° =8 кгс/см2 — на рис. 107, для шлакоептал-

ловых плиток толщиной 20 мм, прочностью сцепления при нормаль­ ном отрыве R ° =8 кгс/см2 — на рис. 108.

Эти графические зависимости представляют собой эксперимен­ тально полученные к р и в ы е у с т а л о с т и.

191