книги из ГПНТБ / Бричкин А.В. Направленное разрушение искусственных минеральных сред огнеструйными горелками
.pdfA.БРИЧКИН,
B.ПЕРЕВЕРТУН
НАПРАВЛЕННОЕ
РАЗРУШЕНИЕ
ИСКУССТВЕННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ СРЕД СТНЕСТРУЙНЫМИ ГОРЕЛКАМИ
И З Д А Т Е Л Ь С Т ВО „КАЗАХСТАН" Алма-Ата—1973
ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
6п4.51
Б87
Брнчкин А. В. и Перевертун В. В.
Направленное разрушение искусственных минеральных сред огнеструйными горелками. Алма-Ата, «Казахстан», 1972 г.
148с.
Вмонографии освещается перспективный огнеструйный способ направленного разрушения искусственных минеральных сред, опи сывается устройство горелок и даются расчеты и обоснование про цесса разрушения. Приводятся схемы установок питания, рекоменда ции по их обслуживанию и эксплуатации, технологическим приемам срезки сван, а также результаты применения горелок на строитель стве зданий и сооружений. Определяется зона нарушения прочности бетонных и железобетонных изделий различной толщины при резке, бурении и обработки их поверхности.
Книга может быть полезна для специалистов строительных орга низаций, научно-исследовательских и проектных институтов как при изучении вопросов, так при практическом применении огневого спо соба в строительстве.
ЭКЗЕМПЛЯР ЧИТАЛЬНОГО З А Д А
0316—090 Б М40Ц07)—72 23—73
© ИЗДАТЕЛЬСТВО «КАЗАХСТАН», 1973
ВВЕДЕНИЕ
При современных масштабах гражданского и промышленного строительства даже небольшое снижение его стоимости дает огромную экономию. Применение сборного железобетона непрерывно увеличивается, это настоятельно требует внедрения в практику строитель но-монтажных работ надежных и высокоэффективных способов обработки (бурение, резка) бетона -и железо бетона.
Несмотря на известные достижения в области меха нической обработки минеральных сред, эффективность ее не всегда отвечает требованиям производительности тру да и экономики. Резка, бурение бетонов и других искус ственных минеральных сред пневматическими молотками с помощью абразивных кругов и твердосплавных дисков являются энергоемкими, требуют большого расхода до рогих материалов, а для железобетона часто не пригод ны и по техническим условиям.
Вследствие высокой твердости и абразивности мине ральных сред их обработка сопряжена с большим изно сом режущего инструмента и значительными затратами [1]*. Так, диски камнерезных машин при высокой их стоимости выдерживают в лучшем -случае 16—18 пог. м реза бетонной плиты толщиной 60—80 мм.
Во многих случаях возникает необходимость бурения (сверления) отверстий в бетонных, железобетонных и асбоцементных изделиях, кирпиче и других материалах. Эти тяжелые операции обычно выполняются с помощью зубил, электросверл, электрическими и пневматическими
* Занумерованный список библиографических справок дан в конце книги.
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
4 мин., на 1 м периметра проема |
в среднем |
проходилось |
|
12 отверстий [6]. |
|
|
|
С помощью кислородного копья можно |
осуществлять |
||
прожигание в железобетоне ' отверстий диаметром |
от 30 |
||
до 100 мм. Однако осуществление |
разделительной |
резки |
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
бах (12 мм) |
с укладкой внутрь трех проволок диаметром |
||
6 мм. |
|
|
|
Кислородное копье не нашло |
широкого |
применения |
|
вследствие |
трудности удаления |
продуктов |
расплава из |
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-
го количества кислорода) создает медленную теплопере дачу к поверхности разрушения, а отсюда и невысокую скорость процесса; последняя незначительно превышает таковую современных пневматических молотков для од них и тех же разрушаемых сред.
Ниже приводится таблица режимов и технико-эконо мических показателей резки железобетонных плит тол щиной 60 мм, составленная по данным Московского ин женерно-строительного института (МИСИ) им. В. В. Куй бышева.
Таблица 1
Режимы и технико-экономические показатели резки железобетонных плит толщиной 60 мм кислородным копьем (давление кислорода 8 атм, расход 10 м3/час)
Диаметр копья, мм
І |
внутреи. |
U |
|
& |
|
Прутки сер дечника
колич. |
диаметр, мм |
j |
|
К
'
о - о, к
с н
ЕЯ и
S А
5 S l - s
Скорость резки, мічас |
Расход материала, кгічас |
Диаметр от верстия, мм
выходе |
входе |
на |
на |
Стоимость про жигания 12 отверстий, не обходимых для резки 1 лог. м плиты без учета стои мости разру шения пере мычек, руб.
|
|
|
|
са, о |
1 |
|
|
|
|
18 |
14 |
3 |
4 |
5 |
9,36 |
40 |
60—100 |
2,86 |
|
20 |
16 |
3 |
4 |
5,6 |
0,9 |
11,18 |
40 |
60—100 |
3,13 |
20 |
16 |
16 |
25 |
4,7 |
1 |
34 |
40 |
60—100 |
4,2 |
22 |
18 |
3 |
4 |
6,6 |
0,7 |
11,86 |
40 |
60—100 |
3,9 |
22 |
18 |
7 |
4 |
3,3 |
1.5 |
26 |
50 |
60—100 |
2,82 |
Кислородно-порошковое копье. Опыты по применению
копья с различными добавками, снижающими |
температу |
||
ру плавления породы, |
проводились в США в 1936 г. |
||
[5, 9]. Были |
разработаны |
легкие и тяжелые |
термитно- |
кислородные |
резаки, разрушающие бетон толщиной до |
||
600 мм. В |
качестве термита использовался |
железный |
(70—75%) и алюминиевый (30—25%) порошки. Средняя скорость резки бетона толщиной до 300 мм составляет 2,28 м\час при следующих расходах материалов: терми та — 25,5 кгічас, кислорода — 85 нм3/час, при давлении 8 кГ/см2. Способ дорогостоящий и малоудобный.
В МВТУ им. Баумана проводились исследования по- рошково-копьевой резки железобетона. Установлено-, что производительность резки в направлении сверху вниз в
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
8—10 кг, кислорода — 4—4,5 нм3. Максимальная |
толщи |
||
на реза 1500 мм. Скорость реза |
плиты |
толщиной |
80 мм |
была 0,8—0,9 м/час. Стоимость |
резки |
1 пог. м щели — |
|
2,7—3 руб. |
|
|
|
Электротермический метод. |
Отделом механизации и |
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
ностью. Один из электродов |
устанавливается неподвиж- , |
но, другой — перемещается |
по линии реза или в глубь |
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