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

-4М. Под действием факела кирпич разрушается также плавлением, что обусловлено, его пористостью. Скорость резания составляла 1,5—2 м/час, при бурении отверстий (диаметр 40—45 мм) скорость достигала 5—6 м/час.

Расплав вязкий, стенки полости реза и шпура приоб­ ретают стекловидную поверхность. Вязкость расплава зависит от состава раствора, из которого изготовлен кир­ пич, и степени его обжига.

Асфальт. В практике дорожного строительства возни­ кает необходимость резки асфальтного покрытия дорог для прокладки различных коммуникаций и других целей.

Для опытов по резке асфальтового покрытия была применена горелка ТР-14/22-4М с выбросом воды впе­ ред под углом 40—45° к ее оси. Асфальт толщиной 80— 100 мм резался со средней скоростью 30 м/час при шири­ не реза 60 мм. При обильном смачивании асфальта по обе стороны канавки реза водой ои за кромкой ее не горит.

Шлакоситалловые и пеношлакоситалловые плиты. Ситаллы — материалы, получаемые из специальных соста­ вов стекол, подвергающихся термической обработке. Объемный вес ситалла — 2,6—2,7 т/м3. Шлакоситаллы получаются из металлургических шлаков, песка и глины.

Лабораторные опыты по резке и бурению шлакоситалловых и пеношлакоситалловых плит, выпускаемых институтом ВНИИавтостекло, проводились с помощью горелки ТР-14/22-4М. Скорость резания пеношлакоситал­

В плитах из шлакоситалла получить рез или отверстие

ТР-14/22-4М. Разрушение идет плавлением. Глубина

вязкой стеклообразной массы. Наиболее производитель­ ным оказалось бурение с полным отводом из шпура воды, охлаждающей камеру сгорания (скорость бурения 3 м/час.).

Силикат-глыба представляет собой сплав песка и со­ ды. Ее состав: 72—74% SiO (кварцевый песок), 25—27%

Силикат-глыба за несколько дней слеживается в сплошной монолит, требующий рыхления взрывом.

Образец размером 600X1000 мм факелом горелки разрезался со скоростью 2—2,5 м/час: на глубину 80— 100 мм. Сквозные отверстия глубиной 600 мм и диамет­ ром 60 мм бурились со скоростью 5—6 м/час. Бурение шло плавлением. Расплав очень вязкий, зеленовато-стек­ ловидного цвета. При правильном подборе параметров струи силикат-глыба может успешно резаться огнеструйными горелками-'

' Сталь под действием факела горелки, работающей на бедной смеси, плавится и сгорает, оставляя направлен­ ный рез. Продукты сгорания выносятся отраженным по­ током газа. Даже при погружении обрабатываемой детали в воду процесс резания не прекращается.

Дерево. С помощью прибора ТР-14/22-4М производи­ лась резка бревен и бурение в них отверстий. Установле­ но, что разрушение дерева под действием факела проис­ ходит достаточно интенсивно, при этом почти не наблю­ дается обугливания древесины. На поверхности реза просматривается структура древесины, боковые поверхно­ сти реза обуглены отраженным потоком факела. Обу­ гливание довольно равномерно и носит поверхностный характер. При резке сухого дерева воспламенения не на­ блюдалось.

Гл а в а V

ЗОНА НАРУШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА ПРИ ОГНЕВОЙ РЕЗКЕ

Высокая производительность огневого бурения и резки бетона и железобетона, универсальность и эко­ номичность процесса делают его перспективным для строительной промышленности. Однако, чтобы рекомен­ довать его для широкого промышленного использования, необходимо всесторонне изучить влияние тепловых пото­ ков па прочностные свойства обработанных изделий. Определение зоны нарушения прочности в бетонных и железобетонных конструкциях различной толщины как при резке, так и сверлении в них отверстий огневым спо­ собом является одной из важных и первоочередных задач.

При бурении бетона и железобетона тепловая энергия факела частично отражается от поверхности; поглощен­ ный поток расходуется на нагревание участка диаметром d3.c. до температуры плавления и выброса расплавлен­ ной массы из отверстия диаметром d 0 T (рис. 18). Неболь­ шое количество тепла распространяется в глубь детали в радиальном направлении, создавая определенных раз­ меров зону нарушения прочности.

При резке тепловая энергия тратится на создание к а ­ навки реза и частично распространяется в обе стороны от его кромки. С уменьшением скорости процесса факел бу­ дет дольше находиться в пункте действия, тепло дальше распространится в материале, нагревая участок до более высокой температуры, что приводит к увеличению зоны нарушения прочности.

Наибольшей прочностью бетоны обладают на сжатие [73]. Прочность па растяжение и изгиб в 10—15 раз мень­ ше, чем на сжатие. Для повышения прочности на изгиб в них вводят стальные стержни — арматуру. Цементный клей при твердении бетона прочно схватывается с метал­ лическим стержнем (с силой 20—40 кг на 1 см2 поверхно­ сти стержня). Совместная работа бетона и арматуры обеспечивается благодаря сильному сцеплению между ними.

Коэффициенты линейного расширения стали почти в 2 раза больше бетона, поэтому при нагревании могут возникнуть внутренние напряжения, приводящие к появ­ лению трещин. При диаметре арматуры 20—25 мм эти напряжения до температуры 300° С сравнительно не ве­ лики и практически не оказывают существенного влияния на работу железобетонного элемента. Дальнейшее нагре­ вание ведет к увеличению напряжений, так как арматура продолжает расширяться, а бетон дает усадку.

Основными заполнителями в бетонах и железобето­ нах являются различные горные породы. При нагревании они непрерывно расширяются, схватившийся же цемент­ ный камень после максимального расширения при тем­ пературе 300° С претерпевает усадку. Эти два противопо­ ложных явления при нагревании до температур, превы­ шающих 300° С, приводят к ослаблению и разрушению бетона [74].

Заполнители ведут себя при нагревании по-разному. Кварц, главная составляющая большинства пород, рас­ ширяясь, при температуре 573° С мгновенно увеличивает­ ся в объеме на 0,85% в связи с модификационным пре­ вращением. Это внезапное расширение оказывает раз­ рушительное действие на бетон. Бетоны на основе запол­ нителей из кремнистого гравия и гранита, которые под действием факела раскалываются, относятся к числ} наименее огнестойких. Песчаники, даже содержащие кварц, не вызывают такого разрушения бетона. Однако они не относятся к хорошим огнестойким заполнителям, так как природное вяжущее вещество, соединяющее зер­ на песчаника, при нагревании в противоположность кварцу сжимаются. Известняки при нагревании расши­ ряются вплоть до температуры 900° С, при которой вследствие разложения и выделения углекислоты начи-

нается их усадка. Практически же разрушение за счет кварцевой составляющей наступает раньше. К наилуч­ шим огнестойким заполнителям относятся гранулиро­ ванные доменные шлаки, кирпичный щебень, а из извер­ женных пород — материалы типа базальта [75].

Цементный камень при воздействии на него высоких температур изменяет свои физико-механические свойства (прочность, линейное термическое расширение, линейная усадка и т. д.).

Большинство исследовании проводилось на изделиях из портландцемента. В работе [76] приводятся данные о прочности и линейных размерах затвердевшего цемент­ ного раствора из портландцемента в соотношении 1 : 3 при нагревании его от 100 до 500° С. Установлено, что наибольшее значение предела прочности при сжатии да­ ли образцы, нагретые до 300° С, достигнув 175% своей первоначальной прочности. При нагревании до 500° С прочность образцов понизилась, но все же составляла 130% прочности не подвергавшихся нагреву образцов. Цементный камень при нагревании до 175—200° С расши­

дел прочности при сжатии) дали образцы, нагретые до 250° С. При температуре выше 300° С наблюдается паде­ ние прочности. При 400—500° С она снижается значи­ тельно, но все же остается выше прочности не подвергав­ шихся нагреванию образцов. Нагревание до 800—900° С привело к наименьшей прочности (20—30% от перво­ начальной). Нагревание выше 1000° С приводит к повы­ шению прочности тем больше, чем выше температура нагрева, достигая максимума, приближающегося к тем­ пературе плавления (1300—1500°С в зависимости от сорта портландцемента), что объясняется спеканием це­ ментного камня.

На рис. 20 приведена кривая изменения прочности при нагревании образцов возраста 28 суток [77]. Данные относятся к образцам, подвергнутым испытанию сразу же после иагрева и охлаждения. Дальнейшие наблюде­ ния за поведением образцов, нагретых до 500—900° С и

оставленных на воздухе, показали, что в зависимости от срока хранения обнаруживается падение механической прочности по сравнению с полученной немедленно после охлаждения; это падение обусловлено образованием трещин. Образцы, нагретые до 400° С и испытанные при этих же условиях, будучи оставлены на воздухе в тече­

900° С, потеряли ее полностью.

Подобные результаты получены в работах [78, 79] при изучении прочности портландцементного камня из чисто­ го цементного теста нормальной густоты (активность 400 кГ/см2) при нагревании до 300—500°С и испытанные после нагревания и остывания не показали снижения прочности. Эти же образцы, выдержанные на воздухе в течение 28 дней после нагревания, снизили прочность.

Изучались [78], кроме того, линейные деформации це­ ментного камня при нагревании до 1000° С. При нагрева­ нии до 310° С наблюдается расширение образца; даль­ нейшее нагревание ведет к его сокращению.

В работе [79] установлено, что наибольшую прочность показали образцы, нагретые до 500° С (испытание тотчас после нагрева) и до-300° С (испытание в возрасте 28 дней и трех месяцев после нагрева). При нагревании образцов выше 300—600° С прочность их снижалась.

На образцах, нагретых выше 500° С (до 1200° С) при хранении их на воздухе (после нагревания) появились трещины, которые со временем раскрывались и приводи­ ли к разрушению образцов. •

Таким образом, при нагреве обычного бетона на порт­ ландцементе до 300° С прочность его на сжатие практи­ чески не снижается, при температуре 500—600° С проч­ ность падает на 60—70%; в результате бетон растрески­ вается и теряет свою прочность.

При высоких температурах нарушение структуры обычного бетона на портландцементе вызываются следу­ ющими процессами. Все бетоны на портландцементе рас­ ширяются под действием нагрева, однако - последнему противостоит контракция, обусловленная усадкой цемент­ ного камня вследствие удаления из него связанной воды. Цементный камень при нагревании сокращается из-за уплотнения геля при высыхании затвердевшего цемента,