автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Способ разрушения железобетона строительных конструкций с применением электрических дуг

МШЕЛЕРСЗБО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ХАРЬШВСКИЙ ИШ-ЖРЮ-СТРОИШ^ЬНЙ! институт

СПОСОБ РАЗРУШИМ Ш1Е30БЮ0ННЛ СТРОИТЕЛЬНЫХ

ЮЛЯРУКЦИН с ПШМЕНЕНШМ элксгмчЕши ДУГ

Специальность 05.2^.08 -• технология и организация промышленного и гражданского строительства

Автореферат « диссертации -на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

МКРЛ Баба

УДК 69.057.002.2

Харьков - 1^94

Работа выполнена институте.

в Харьковском инженерно-строительном

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент ЦутовоН Э.Н. .

Научный консультант - кандидат технических наук,

доцент Егоров А.5£.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Дюхенко М.Г.

- кандидат технических наук, доцент Котляо ti.ll.

Ведущая организация - А^ СпецстроМмеханизация, г.Харьков

Запета состоится "20" гоня 1УУ4 года .в 14 час. на заседании специализированного Совета Д 02.07.0id при Харьковском инке-нерно-строительном институте по адресу: г.Харьков, ул.Сумская,

43.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "¿2." _ 19У4. г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук, доцент

^¿Ь! {¿С*

/ КуТОВОИ о.Ь.

ОВ^Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Сдним из наиболее эффективных направлений технического прогресса в Украине, странах СНГ, других странах, включая Сирийскув Арабскую Республику, является реконструкция и техническое перевооружение промыаленкых объектов.

Замена физически и морально устар^ьсего технологического оборудования требует изменения размеров я конфигурации фундаментов, частичной или полной разборки стек, перекрытий и других строительных конструкция, образования в них проемов поя технологические коммуникации,отверстий и гнезд, отделения частей конструкций, иногда - перепланировки зданий и сооружений с полной хх разборкой. Оря этом важным требование» является максимальная сохранность тех конструкций «ли их частей, которые могут быть использованы в дальне (йем. Производство этих работ с бетоннкки к железобетонными конструкциями требует значительных мвгеркаяь-ио - технических ресурсов, аеличина которых существенно возрастает в условиях реконструкции действующего производства и достигает 30 % общих затрат. Поэтому применение эффективных способов разборки (направленного разрушения) железобетона при реконструкция к ремонте эдакий к сооружений является актуальной технической проблемой.

$ современной практике используется взрывные, механические, гадравляческие, термические, химические способы разруленяя ей-лезобетока, различные сочетания этих способов, от дичащиеся характером-к результатом воздействия, видом используемой энергия, техническими возможностями, ограничении«? по применении (особенно в условиях действущего производства), технккб-якояомаческимк показателями. Сведения об этих, способах разобщены в многочисленных кнформадаонных источниках, зачастую противоречивы, недостаточно обоснованы, иногда 15мепт конъюнктурный характер. Объективная научная оценка способов содержится в работах Д. Корта, В.Лкп-пока, Р.ДаксхаЯмера, ал.Шагана, Ю.В.Боацаренко, Д.Ф.Гончаренко, В.Б.Гончарова, О.И. Белякова, АЛ.&ехко, А.Ф.Паевого, В.Д.Жеш;&, Н.И.Котляра, В.Е.Иартыкенко, С.С.Пхдхгрюова и др. , поевякенных обобщен ко опыта сноса, реконструкция, усыенхя и ремонта зданий ■ соорулений. Работы содержат классификации способов и абаке критерии их оценки, однако при этом недостаточно учитывается весь комплекс их твхколотескях и технико-экономических особенностей; Кроме того, подробно кз рассмотрен» пока малоиавэстше,

но перспективные технологии приведения железобетона в пластично-текучее состояние путем воздействия на него разновидностями электрических дуг (в дальнейшей условно используется термин "расплавление железобетона").

Вопросы электродугового расплавления железобетона исследовались в работах В.И.Антропова, А.В.Бричкина, А.В.Болотова, Г.А.Шепеля, Б.Ф.Норкина, Г.Меккера, В.Финкельнбурга и др. При этом рассматривалось воздействие на железобетон электрической дуги, возбужденной между неплавящимися электродами (так наз.дуги косвенного действия). 3 работах А.В.Палея. И.З.Барча, Э.Н.Ку-тового, В.И.Торкатвка показана возможность использования значительно более производительной дуги прямого действия, возбужденной между неплавящимся электродом и расплавленным бетоном.

Необходимая для практического использования стабильность такой дуги, т.е. длительность ее существования, как показали предварительные эксперименты, может быть достигнута в узком диапазоне электрических и технологических параметров, установление которых обеспечит высокую производительность процесса расплавления железобетона.

Указанные предпосылки определили выбор темы диссертации и цель работы: I) разработать методику и исходные данные для выбора рациональной технологии направленного разрушения железобетонных строительных конструкций, в наибольшей мере соответствующей конкретным условиям реконструкции или ремонта зданий и сооружений; 2) разработать научно обоснованные параметры процесса электродугового расплавления железобетона и оборудования для его осуществления; 3) обобщить научный и производственный опыт направленного разрушения железобетона, накопленный в Украине и СНГ, и перенести его в САР.

Данная цель достигается исследованием и практической реализацией следующих основных задач:

- разработать критерии классификации способов разборки железобетонных строительных конструкций; систематизировать данные об этих способах я установить области их рационального применения ;

- исследовать схемы применения различных типов электрических дуг, установить их производительность в различных пространственных положениях при образовании шпуров и штраб; установить скорости выгорания угольных я гранитовых электродов при различ-

ных токах и плотности токов в электродах; установить размеры дуговых промежутков и диаметры шпуров для условий стабильного существования дуги прямого действия >

- исследовать влияние электрических и технологических параметров (силы тока, глубины шпура, класса бетона) на производительность процесса расплавления;

- наметить пути дальнейшего совершенствования технологии электродугового расплавления железобетона.

Структурно-логическая Ьхема исследования» отражающая цель, задачи и полученные результаты, приведена на рис.1.

Методической основной исследований явились; производствен' ные наблюдения,, лабораторные и производственные эксперименты; теоретические обоснования зависимостей между технологическими и электрическими параметрами процесса расплавления железобетона; патентные исследования и опытно-конструкторские разработки ; классификация и технико-экономический анализ информационных материалов. ' .

Информационной основой исследований явились литературные, проектные, мзто дичее кие материалы,: патенты и авторские свэде-тельства на изобретения, результаты научно-исследовательских работ, различных НИИ строительного профиля.

В"качестве базы исследования использована лаборатория реконструкции зданий и сооружений научной части Харьковского Пром-стройНИИпроекта и производственные участки Харьковского инженерно-производственного предприятия ЧЕундамент".

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Расширена номенклатура критериев оценки известных способов разрушения железобетонных строительных конструкций, уточнены технические и технико-экономические показатели способов, установлены области их рационального применения.

2. На основе лабораторных и производственных экспериментов доказана возможность практического использования электрической дуги прямого действия для расплавления железобетона и существенно более высокая ее эффективность по сравнение с дугой косвенного действия.

3. Исследовано влияние электрических Параметров процесса расплавления на стабильность дуги.

4. Исследовано влияние электрических и технологических параметров процесса расплавления на его производительность и разработаны основные технические требования к оборудованию для осу-

л цель" 1 •

Р^зоюэтлтз ыешииа и искише им-нс!е лло шсом мшюшшй теммогм илпбшейищ! рхзеашеим жшзовепниш спишешш мнгтидаим

Овоощч» опыт Шмины и СМГ.пеоенес-та £гоа ИР

Одошли» яшию юшиаи км шшш во клпмвлеютку изешеюю ЖНгЗОШО« С ЛМШЕНЕЮЕи ЗАЕМВШЕС-км лет

Па констюкцюа «ыишти . ОШЗДШШМ) 1*1 . . ЛОСЕЖКМШ поа-иси МСЛМШЕ-ИИЯ

злаачи

РнМСШ» ЮШИ !шс- екзкицкх спссйбпа нзза-. цекяй железобетон! ii ii 11 Иссделоыгь нснсгвшивнотшщ» гячёсайь МиМЕТСД 6аэлмчных и-!м гжимеие«« лиг

Выполнить кллсситшаиия и лшнз основных хамн- терксткк спосаоаЕ) ii косвенного леиствкв Л0ШОГО ' действии

II

Усшюоига ашш шцк-

СИДЛОИи'О П9ШЕШШ <и>

ивоз

пси ммшьк потспшютеипщ юшжЕши алшосиаа

Пви СБо»зао*нт1 шамию к штыюп

з:

(п

тшшпь июни ЛИ-тпшэш « шкшпксаш ллшсепхш пошиссл ис -

ПШШ1 Ш1Г|В№Ш'

пшюяь

- п=|ол1

"СдЕШ^]

исслцешп шпйймы злшт-

сш>. ^-ансвнгь эшсниош;-

лм7

игольных

МО

гмевдвых

ыстшашс бдзмеры липши пвощжаш и 1ИШЕГМ иицгаэ

> РЁЗЫЛЬТАТЫ

ОЕХОМЕМЛиИИ И сшивок-тле ллшые та еыеооусп оссопа мавишаш иеле-зежюш

Технические твиоынкя к ошшшнпю

Омиошыпх НЕЖИМЫ «о» исси иаишБнип

Пум еоаЕикистаоагиио техно-ют зхтголапашго исшв акт мехезсмпхм

ПГ

Ркс.1. Структурно-логическая схема исслодопяиия: .

-скорость расгшамения; П-производительность процесса; - сила и плотность тока; й ,8) -глубина и диаметр шпура ; & -размер дугового, промежутка.; а. й -сечение электродов; М-марка - бетона

ществления процесса.

5. Предложены пути совершенствования электродугового расплавления железобетона с использованием электрических дуг5 в том числе: способ стабилизации дуги; повышения жидкотекучести расплава в шпуре; применение вращающейся .дуги прямого действия (заявки на изобретения) ; применение двух- и трехфазных дуг.

Указанные разработки выносятся автором на защиту.

Практическая ценность работы. Результаты обобщения технического опыта Украины и СНГ. и выполненные а диссертации исследования являются базой для обоснованного выбора и практического применения различных способов направленного разрушения железобетонных конструкций при реконструкции я ремонте зданий и сооружений, а также основой для разработки инструктивного документа по использовании технологии расплавления железобетона электрическими дугами прямого действия. Предложенные направления совершенствования данной технологии являются также конкретной тематикой последующих опытно-конструкторских разработок и прикладных научных исследований.

Апробация работы. Результаты работы и основные ее положения доложены на 47, 48 и 49-й научно-технических конференциях Харьковского инженерно-стооительного института (1991-1594 гг„п

Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 печатных работ» в том числе одна - в Сирийской Арабской Республике.

Объем работы. Диссертация состоит из введения-, 4-х глав, выводов и рекомендаций, списка литературы. Работа содержит НО стр. текста, ZO иллюстраций, 8 таблиц.

Первая глава посвящена классификации и анализ/ способов разрушения (разборки) строительных конструкций, способов изменения конфигурации конструкция путем отделения и присоединения их частей, образования проемов для инженерных коммуникаций или шпуров для установки арматурных выпусков при усилении конструкций, закладывания взрывчатых веществ и т.д.

Современная технология строительного производства располагает многочисленными способами выполнения указанных работ, которые существенно различаются технологическими особенностями, ограничениями по использованию в условиях действующих реконструируемых предприятий, производственными вредностями и опасностями, технико-экономическими показателями. Сведения об этих способах рассредоточены в различных литературных и др. источниках.

ХРИХ 1 Т£И«\ 1 ВЗРЫВШИ ШРШШЙЙ

КААССИшЛу ? !

ЛМШЕВ вспцает&'Д I - п Г * га-1--1 ЗашягЩ эгот 1 1

Саси.зто- ика.» 5А- оа4 ев Шюашиа вшжпп |ВЗй>Л.Е1Л«« е0А>НА1И1 Я И!Я«Г0 ИМЕННО Гнлоо- ВЗРЫВ Удлвное

1 1 ■гЦ 1 " 1 г:1"1

Оздадал-ннада *рт-лкгеион ЭКЕСГИИ 1 Г 1 и 1 1 1-1

ов ЙМШГЕЖ-ИГОЛТМШ-ижш» ГиДОБЗД- т>тт- шгш ев аютшо-¡кишат ИАМС -1 *А|КХ* «К I (А№ ША»01 I 61f.il йтсош- 1 «иол» 1 ТМИ 1 Ьтоно- - Л0цы

1 1 1 1 » 1 1

Оеззлотат ыз^йстоя ПОАВЕЫ» язиш 0Т1Е13МЕЧ стииюя кии.! ОГАЕЛЕШЕЧАСТЕИ юиствжда , омазованме » юн гяоЕиоа П0АН0£ {иЗРВДЕНМЕ ИЛИ ОТХЕА£НИС частей кйиотедаци»

Псомззоли-ПЛЬНОСТО СЯМ Я'вУ. ЕОА-схаа^и/Щ <аоовг» >00101«

Труасьи-кость 2,2и.ч/и* ОрЭч.ч/и' й5ц.и/м' 70-100 Ч.-Ч/М* Як ||

Толщина ыогзатио-го ал та.и Не ограничивается 0,6-0,6 I аз 0,7

Зспсмошело ШИ ОПЕРАЦИИ 6ивен:ЕИЭА- тнг ц!Пио! резка лилте-»ыккште: Резка АомАтасы 0> 12 НА биоеи« и элрэди ВЯИРОЭ, резка асштуэс; ПОСЛЕ ВЗРЫВА Резка АСМАТЫИЫ

Г!»с1сзо1агс» ИЛ мигал». СТАВШИ««"* шышя пспж икшоотю: ВХСШВАХ Шам.пыль ВАЗАЕТЮ- колков , ЫДАСНДВ'. 80АИА НЕ0ЫШШ0- ткш Аагомасила С 83ВУ.В0ГЕ-№ВЖШ0М Уд 10X13 801 ш.мы» та «;« »НИЖНЕМ извет«« сташшпь А9ЖЕНШ1 УЛАВНДИ 80ЛНЛ Необходимость ПРОЕЗДА МАШИН с идвЕсиам сбовалаздниЕМ Пыла, ШЫЫ, ВИБРАЦИОННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОПЕВАТООА -

Рис.2. Классификация способов

Мшшсш

X

&МСХО" им сих И - Си№С Ю1Ь(11. Я??'«. Симш асяод. еянют 1 1 |ЪК1П-1 |еаШВМ Ц1 1 .. ИМССК* пи»*«) чсквим * 1 1ета -8« с»;«!« Кжша ка кзпм 039СВСП ищи-ниговд ккгаа-ЮЭДСЯ-пакзи в 1- Пила» т ияяма | ¡«ТКИ г— «Си 3» азт луп

1 1 I 1 1 1 1 1 1 | I

Отинкя ЮТ« КМ ппЫ. вмзии тема Оеод шпас ЭОЗАНИС оз • усоли дож. К3«в»1 еопум- Оиахг Ш1ия> пкпа. вадпт ит Оевласаим 0 шл ЧАСКЕ КОНСТ1 * ОкСКГутеВ»» 5 ГЕК^СЭ. 1'Ш/ЕНИЕ 1«;- ^йкостеок. ■¿'я

и-и>ш' юг.и/е ил-шо1 ИГ.Ы/П •М-Обга' 1*14/8 ам>й1 тик _— - 'И-ам! ■смгв '05-1ДЧ!р «ОСМ/е (РД-^В? гаси/с «ОС М/С •оа-иио"' гаг. 17 с

'СЭ-07 4,-Ч/ПОГи ВД-ОА 1М/КГ.Ц аи-ола ц-и/пю ак-ак ц-ч/мсы -— - 02-07 <Ы/!Ю1 0.5-07 ицгвкм ОЛ-ОА им;шм аз-ав 0.15-0.3 и.-ч/мгм

0.25 0,4 аз 2 — — 4 0,4 0,7 1

Пгшми- пикш «1М1СИИ( ИМИии-м Выжигание MV.ua« Резка ~ лрмдтдоы посдвавмтельном мэогееа копья , ккюмздми-л

Шам.гснскьиоств в гкиогахьЕыноц сшвуас&жииалп гаоевдзноовки стшкса шзцпмю.ичоац* ексс ипл.£«сда: И1вйЕР1ТЯ»ДКИ птэнаэтм » квташюи ста-пивдкотмвшвжи неойшаммостъ гшсЕздж.млвтн с нмссюм овооадов»ктем Взвыао-и пожАооопАехосге. зааыыленноств.бОЛВЦОЙ рас-па кисаопол»,тевлесм*1 -мага псоошкл.саюта телека б сеопаилжэм гооств4нс -тестам положемы взвиэо-ч пвяа»а-оменвеп ЗАА5МА1М иегтв й аиэткхезд.з:-А* «мкасг, V чгачс'гуа.ге»: глянем:» тсл»с »"1эт»«1.\я-.с« пгес-Т" '.ЛСТВИПСМ ГС'Сл.!'

разрушения

железобетона

>то не по. i вол лот оцэнить общую ситуацию в облети-технологии разборки железобетона и забрать наиболее эффективный способ применительно к тей или иным конструкциям к услоаиям производства работ.

В диссертации выполнены сбор и систематизация данных об этих способах.

В качестве критериев классификации приняты: характер воздействия на железобетон разрушающего органа} вид оборудования и используемой энергии; результат воздействия (полное разрушение, отделение частей конструкций, оконтуривание проемов шпурами) ; габариты конструкций (фундаментов различных объемов, плит и перекрытий, стен, устоев и колонн) ; наличие вспомогательных операций (резка арматуры, бурение шпуров, перестановка оборудования, предварительный разогрев) ; производственные вредности и опасности, ограничения по применения на действующих предприятиях (шут.!, пыль, ударная волна, задымленность, взрывопожароопасность, опасность поражения электрическим током и др.) ; производительность и трудоемкость.

Рассмотрены механические, термомеханические, взрывные, гидравлические и электрогидравлические, термические, электродуговые способы и оборудование для их осуществления (рис.2).

В результате изучения опыта применения этих способов, их технологических особенностей и технико-экономических показателей рекомендованы области рационального применения тех или иных способов (или их сочетаний) для полного, частичного разрушения, устройства проемов, глухих и сквозных отверстий применительно к стенам, перекрытиям и фундаментным плитам толшкной до I м, колоннам и устоям толщиной до 2 м, фундаментам объемом до 20 м^.

Для выбора рациональных способов в диссертации приведены систематизированные справочные материалы (рис.2, табл.1).

Установлено, что при выборе способов во многих случаях (отделении частей конструкций без механических нарушений сохраняющихся и в дальнейшем используемых частей, образовании проемов, отверстий под технологические коммуникации и др.) следует отдавать предпочтение пока еще малоизвестной технологии электролугового расплавления бетона с использованием электрической дуги прямого действия (Кутовой Э.Н., Барч Й.З.,. Палей A.B. и др., а.с. .W 598757, bI476ö, S609SB). Этот способ достаточно универсален, так как с учетом возможности образования ряда близко расположенных отверстий (по контуру проема или по линии разделения

Таблица I

Области рационального применения способов разрушения железобетонных строительных конструкций (номера способов соответствуют данным рис.2)

Виа. равот Вид. конструкций

финхаментъ! ' овьеиом,№ пеоекоытив н «щч- • ал1дентпые плиты толщиной. м Стены толщиной.м Колонны и истои толщиной,м

ш го |имоо 1 яоо. A00.8l0.3-II >1 АО 0,31 0,3-1 1 >1 а01 1 1-2 1 >2

Полная ра360рка 12 5 13 © 1 . 1 а 12 075 I I 3 и ИИКФ 12 10 7 Ф 2 7 14 Ф 313 I 2 12

иаптмшда ао 0,25 5Ь713131ЬФ ъы\г\ь

разворка на глысины. м 023- -аз 1234313» Ф 3 4-512

>09 1234513 512

Устройство проемов 121а ю 5670i i а 12 67кф|713ф| 13 57 ф| |

Цатшзиства шхих и ошзиъи ОТВЕРСТИЙ | ГАУбИНОИ | М АО о.а 9 10 и* 131416 ф вюпгс 13161 . 1 а10Ш2К1а10Ф

0.3--i 111316® И 12 и 1213 10 ф

>1 и 13 ф и 13 ii12 . 13 ф 1П213Ф

\

конструкции) его можно применять для полной или частичной раз-борта практк ¡ески всех видов конструкций, устройства проемов, глухих и сквозных отверстий. При этом процесс расплавления не сопровождается существенными опасностями или вредностями (за исключением пожароопасности и дыма), практически исключается тяжелый ручной труд, оборудование обладает конструктивной простотой и доступностью источника энергии, технико-экономические показатели данного способа достаточно высоки. Однако практическая его реализация требует проведения теоретических и экспериментальных исследований для определения основных технологических параметров процесса расплавления и оборудования для его осуществления. Этим вопросам посвящены последующие главы диссертации.

Во второй главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований конструктивно-технологических параметров различных схем применения электрических дуг для расплавления бетона.

По результатам ранее выполненных исследований и данным практики в области электродугового воздействия на материалы можно заключить, что расплавление бетона дугой косвенного действия (рис.3) происходит за счет кинетической энергии сталкивающихся с нагреваемой поверхностью частиц дугового газа, кпд процесса в среднем ГЦ «0,15 ; при использовании дуги прямого действия вводимая мощность наиболее полно преобразуется в тепловую с кпд г^сь 0,45-0,6. Эти данные в дальнейшем подтверждены экспериментальными исследованиями производительности процессов с использованием указанных типов дуг.

Для образования и поддержания устойчивой электродуги между одним из неплавящихся электродов и бетоном необходимо: I) возбуждение дуги косвенного действия и образование расплава (рис.4,а); 2) превращение одного из электродов в токопоцвод путем погружения его в расплав с одновременным введением в.расплав металлосодержащей присадки для повышения его токопроводно-сти ^ при этом образуется и интенсивно расплавляет бетон дуга прямого действия (рис.4,б). При накоплении расплава возможно погружение в него обоих электродов, что вызывает переход к электрошлаковому процессу или образованию под слоем расплава дуги косвенного действия (рис.4, в). Высокая производительность процесса может быть достигнута при стабильном существовании дуги прямого действия.

Схема расплавления железобетона дугой косвенного действия: 1-не-плавящиеся электроды; 2-источник питания; 3-измерительный трансформатор тока

Рис.4. Схема расплавления железобетона дугой прямого действия: а-образование первоначального расплава дугой косвенного действия; б-подача подвижного электрода в расплав, образование дуги прямого действия; в-подача обоих электродов вглубь шпура, возникновение электрошлакового процесса

Для достжения указанной цели были проведены исследования с использованием лабораторной и опытно-проиыдпенной установок, обеспечивающих необходимое перемещение электродов в процессе расплавления (рис.5). Эксперименты проводились на базе научной части Харьковского Промстро РДИИпрое кта и Харьковского инженерно-производственного предприятия "Фундамент".

В качестве источников тока применялись сварочные трансформаторы типа ТСД-500 с пределами регулирования рабочего тока от 200 до 600 А и Тцд-2000" (от 800 до 2200 А).

Проверена возможность использования угольных и графитовых электродов с учетом интенсивности их выгорания при различной • плотности тока в сечениях электродов.

Скорость выгорания электродов сечением 20x60 мм определялась взвеашванием электродов после работы дуга в течение 3-5 mi при фиксированных значениях тока с шагом 0,2 кА в диапазонах J =0,2-1,8 А (графитовые), 3 =0,2-1 кА (угольные). После математической обработки экспериментельных данных получены эмпирические зависимости скорости выгорания угольных электродов

1,25+9,853 г/мин; графитовых ^.=1,055+2,445 +2,б.ТЯ2 г/мин, что позволяет сделать вывод о предпочтительности графитовых электродов (рис.6).

На основании закона Стефана-Больцмана установлена величина плотности переменного тока в учениях электродов;

; D 5.6695-IQ-6-(4-I(fi)4 пйтс./,2

J = 5= C(LLK-Ue). * 0,6 <Й,8-4.&) °'üIS

где Э -ток дуги, А;

S- площадь катодного пятна (практически - площадь сэченкя электродов);

Ь- степень черноты теплового излучателя; для графита.при намается -I;

<5= 5,6696. Ю-8ВтДм2 К) - постоянная Стефана-Больцмана;

Т- температура катодного пятна, К;, достаточной для распл, ления бетона и не вызывающей интенсивного выгорания

электродов принята температура Т= 400GK;

С- коэффициент, учитывающий род тока (в экспериментах применялся переменный ток для которого . С »0,5) ; UK=39,8 В - катодное напряжение дуги; Ue=4,39 В - напряжение выхода графита.

Исходя из этого выбраны конструктивно приемлемые сечения

Рис.5. Кинематическая схсма опытно-промышленной установки: 1-штурвял и ходопой иинт одновременной нодпчи дпух электродов ; 2-то же - раздольной подачи подвижного электрода (токоподвода) ; 3-электродер-жатели с токоподводами

А 2.

Рис.6. Скорость выгорания V угольных (I) и графитовых (2) электродов при различных токах дуги

электродов для использования их с трансформаторами различной мацности: 10x40; 15x30 мм для трансфрматоров с рабочим током до 400А ; 20x50; 20x60 мм - от 600 до 1000 А И 20x100; 25x80; 25x100 мм - от 1000 до 2000 А и выше.

Длина электродов максимального сечения из условия их механической прочности и, следовательно, глубина шпура может составлять до I м.

Диаметры шпура (точнее - диагонали квадрата с сильно зао- -валенными углами) установлены исходя из площади поперечного сечения шпура

где Б,, Э^оп. - соответственно площади электрода, дугового промежутка и дополнительной площади во!фуг электродов, выплав- . ленной излучением дуги и теплопередачей от расплава.

Экспериментами установлено, что длина дуги (размер дугового промежутка).обеспечивающая повторное возбуждение дуги при переходе тока через нуль, составляет: при Э =200-800А ¿1. =6-10 ш; при д =800-1500А ^,«10-15 мм; при 3 « -1500-2200А ^.=15-25 мм.

Величина зависит от марки бетона, тока и длины ду-

дим.

ги, скорости расплавления. На основании производственных наблюдений можно принять для технологических расчетов данные табл.2.

. • • Таблица 2

Длина дуги и диаметр шпура

Марка (класс) бетона Токддуги, ^.мм2 Диаметр шпура £>ш. мм '

Ш00 (В 7,5) 930-1350 1570-2150

М250 (В 20) 910-975 1200-1600 1800-2170

930-1100 Ы500 (В 40) 1200-1450 1730 1920-2130

10-15 15-20 104 113

0,8*10 4 . 100

15-20 • 0,9* Ю4 105

10* ИЗ

15-20. 104 ИЗ

1,2«104 124

20-25 1,45* Ю4 136

1,7 -104 147

Результаты выполненных исследований позволили подтвердить зозможность использования электрической дуги прямого действия 1ля расплавления т оконепров одящего материала - бетона, установить энергетические и технологические преимущества такой дуги; определить скорость выгорания угольных и графитовых электродов, 1лотность'тока на электродах, их сечения, размеры дугового промежутка и размеры шпура в бетоне различных марок, а таю-же вы-5рать источники питания. Эти данные явились основой для разра-5отки технических требований к опьгтно-промьгаленной установке для эасплавления бетона, которая была изготовлена мастерскими инже-<ерно-производственного предприятия "Фундамент" и использована гля дальнейших исследований.

В третьей главе исследованы технологические параметры процесса расплавления бетона дугой прямого действия.

Проверены варианты расплавления железобетонных конструкций }ертикальными и горизонтальными штрабами, а также горизонталь-1ыми и наклонными шпурами при взаимном расположении электродов эдин над другим и один около другого. Установлено, что образова-we штраб в любом пространственном положении электродов нецелесообразно из-за большого рассеивания энергии в пространство и зследствие этого низкой производительности процесса. Энергетически выгодным является образование шпуров по линии отделения час-гей конструкция (либо по контурам проемов) с последующим меха-■шческим разрушением перемычек между ними. Расстояние между шпу-эами выбирается в зависимости от данных табл.2 с учетом терми-ieской деструкции слоя бетона толщиной 12-15 мм вокруг шпура.

При расположении электродов один над другим токоподвод осуществляется самопроизвольно, и управление процессом облегчается, зднако при этом, как выяснилось в дальнейшем,при глубине шпура 5олее 0,5 м и высокой вязкости расплава замедля&гся его вытека-1ие, в связи с чем в большинстве случаев рекомендуется располагать электроды один около другого,

Производительность расплавления (скорость продвижения эле-гтродов вглубь шпура диаметром 110-130 мм) в зависимости от то-?а и марки бетона определялась при непрерывной работе дуги с {иксированными значениями силы тока с шагом 0,2 кА в диапазоне Э =1-2 кА. В качестве расплавляемых образцов использовались 5етонные блоки МЮО, 250 и 500 (рис.7). В результате математи-»еской обработки экспериментальных данных получены зависимости :корости расплавления:

щп ¥,мм/мин. II. .

50 0. 1. • >

ЙШ'Й

к

рЛЛШВ

> 7

- —

%г %к 1,в 1,в 2 .

Рис.7. Скорость расплавления шпурами железобетона различных марок. Пунктирной линией показана скорость образования штраб дугой косвенного действия

Сечение И

Рис.8. Схема к расчету скорости вытекания расплава из шпура

• о>

V —з, 85+18,73; V =6,95+13,7 3;

" итпп ЫР^П

V »-0,05+25,7 Л , мм/мин .

М500

Таким образом, производительность увеличивается с повышением силы тока и марки бетона, причем повышение силы тока оказывается более существенным для высокомарочных бетонов.

Производительность процесса зависит также от скорости вытекания расплава из шпура. На основе уравнения Навье-Стокса для плоско-параллельного установившегося на участке Х=6 Iламинарного двухмерного течения расплава по наклонной плоскости (при форме сечения шпура близкой к квадрату) определены максимальные Цти(и средние 1Лср значения скорости течения расплава и скорости продвижения электродов вглубь шпура V (рис.В}:

а Т ■ ,, ____/з-ЧйУгос

где ф - градиент давления, Па/м ;

г^ - вязкость расплава, Па*с; а.- угол наклона шпура;

61,6 - часовой поток и ширина слоя расплава.

Производительность расплавления в зависимости от глубины шпура определялась для бетона .'/.500 при толщине образца I м и силе тока 3 =1,8 кА путем измерения средней скорости продвижения электродов на отрезках =0,1 м в диапазоне 0,1-1 м

(рис.9). Получены зависимости =17,5 Ю^х^-г^Ьх+гЗ.Э ;

а диапазоне от до У^п. ^=23,9-11,29 ¿¿п. 0,23х.

Таким образом, образование шпура со средней скоростью расплавления целесообразно проводить до глубины 0,55-0,6 м.

Результаты выполненных исследований могут быть использованы для разработки проектов производства работ и технологических карт направленного разрушения железобетонных строительных конструкций.

При проведении экспериментов в производственных условиях выявлен рял направлений совершенствования технологии электродугового расплавления бетона и оборудования цля его осуществления, сущность которых изложена в 4-й главе диссертации.

На*нейагими условиями эффективного использования электрической дуги прямого действия является ее устойчивое существование при изменении размеров дугового промежутка и надежное повторное

40 30 20 10

0

Рис.9. Скорость расплавления железобетона М500 (В40) в зависимости от глубины шпура I при силе тока кА

Рис.10. Вращающаяся дуга прямого действия и вариант ее

стабилизации: 1-источник питания; 2-токоподводы; 3-олектроды; 4-контактная поверхность; 5-дуга прямого действия.(Привод вращения электродов условно не показан)

возбуждение дуги при переходе синусоиды тока через нуль. Эти условия могут бить обеспечены либо увеличением плотности тока в электродах (что нежелательно из-за повышения температуры катодного пятна и быстрого выгорания электродов), либо повышением содержания в дуговом промежутке паров легкоионизируюцихся элементов.

Так как в расплаве бетона содержится незначительное количество элементов с низким потенциалом ионизации (за исключением густоармипованных- железобетонных конструкций) предлагается уменьшить этот потенциал вдуванием в дуговой промежуток малоди-фецитного порозка кальция, у которого потенциал ионизации меньше, чем у других содепжаци'/ся в расплаве элементов (кальция -6,магния - 7,61В; железа - ?,ЬВ ; коемния - ?,9В).

Производственные наблюдения подтвердили преимущества предложенного способа стабилизации дуги (заявка на изобретение) по соавнени» с известными способами подачи в расплав ионизирующих поисадок (писЛО).

й целях повышения »идкотекучести оасплава и, следовательно, увеличения производительности процесса расплавления, предложено периодическое коатковоеменное шунтирование электродов по их длине,'что достигается установкой электродов во взаимно параллельное положение путем повооота подвиклого электрододержателя.

для более равномерного воздействия дуг на бетон предложено осуществлять их врацение.

В производственных условиях иногда испытывается недостаток мощности источника питания (ппи токах 3 ^ 1,5 кА). Поэтому била проверена возможность параллельного включения нескольких сварочных трансформаторов с различии»! вольт-амперными характеристиками и их регулировки с цельн папномепного распределения нагрузки; разработаны соответствутецие рекомендации.

Определены перспективные направления дальнейшего совершенствования технологии электоодуговэго расплавления бетона.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1« Выполненная в диссертации классификация способов разрушения железобетонных строительных конструкций позволяет произвести сравнительную оценку каждого из способов и максимально учесть их технологические и технико-экономические особенности при проектировании производства работ по реконструкции или ремонту зданий и сооружений. Для этой цели могут быть использованы содержащиеся в диссертации справочные материалы и рекомендации о рациональных областях применения способов.

2. Для отделения частей конструкций без механических нарушений сохраняющихся и в дальнейшем используемых частей, образования проемов, отверстий под технологические коммуникации и др. можно успешно применять расплавление железобетона электрическими дугами косвенного и прямого действия. Эти способы достаточно универсальны, высокопроизводительны, исключают тяжелый ручной труд, для них характерны простота оборудования и доступность источников энергии.

3. В результате теоретических и экспериментальных исследований подтверждена техническая возможность использования для расплавления нетокопроводящего материала - бетона электрической дуги прямого действия, возбуждаемой между неплавящимся электродом и находящимся в жидкотекучем состоянии бетоном.

Подтверждена также рабочая гипотеза о возможности практически значимого стабильного существования дуги прямого действия при расплавлении бетона в относительно узком диапазоне электрических и конструктивно-технологических параметров, установлены и рекомендуются для использования их количественные значения.

4. Коэффициент полезного действия (кпд) дуги прямого действия достигает 0,45-0,6, т.е. в 3-4 раза выше кпд дуги косвенного действия; производительность процесса расплавления повышается в 2,5-3 раза и выие при длительном существовании и действии на забой такой дуги.

5. Расплавление бетона (железобетона) возможно производить в горизонтальном, наклонном или потолочном положениях серией шпуров, образуемых по линии отделения или по контуру проема, с расстоянием между центрами шпуров 140 мм и глубине шпуров от 0,1 до I м.

Расплавление штрабами нецелесообразно из-за энергетических

потерь й усложнения оборудования.

6. Неплавтциеся электроды следует изготовлять из электротехнического графита с температурой возгонки Т=3800 °С, плотностью 2,2 г/см^; при токах дуги до 2,2 кА рационально принимать сечение электродов 20x80 мм ; скорость уменьшения длины электродов из-за их выгорания составляет до 0,2 см/мин.

Размеры дугового промежутка устанавливается в диапазоне от 10 до, 25 мм в зависимости от силы тока и марки Сетона в соответствии с приведенными в диссертации рекомендациями.

7. Оборудование для осуществления процесса должно обеспечить одновременное продольное перемещение двух электродов, установку их под углом друг к другу от I до 12°, а также независимое продольное перемещение одного из электродов на длину до 100 мм; расстояние между электродами в месте закрепления их в электрододержателях должно на 20 мм и больше превышать длину дуги.

Конструкция и параметры опытной установки, использованной в диссертационных экспериментах, могут быть рекомендованы для практического применения.

В качестве источников питания следует принимать сварочные трансформаторы с пределами регулирования сварочного тока 600-1500 А или 500-2000 А..

0. Скорость расплавления существенно зависит от силы тока дуги и марки бетона. Приведенные в диссертации эмпирические зависимости скоростей расплавления бетонов. MI00 (В 7,5), М250 (3 20) и :>'500 (й 40) при токах до 1,8-2,2 кА могут бить использованы для технологических расчетов при проектировании производства работ,

S. Скорость расплавления существенно зависит также от глубины апура и не доляна превышать скорости вытекания расплава. Установлены зависимости, этих скоростей от тока дуги, глубины шпура и угла наклона его оси к горизонту, а также приемлемые для технологических расчетов средние значения скоростей при токах дуги от 0,2 до 1,8 кА. При тс<; :кне строительных конструкций более 0,6 м образование шпуров целесообразно производить последовательно с двух сторон на глубину 0,5 толщины конструк-

• ций.

10. Предложены в соавторстве на уровне предполагаемых изобретений:

- способ стабилизации электрически* дуг, преимущественно дуги прямого действия путем Введения в дуговой промежуток химических элементов с низким потенциалом ионизации, что допуска ет повышение плотности тока на электродах с 80 до 240 А/см* бе увеличения скорости выгорания электродов;

- применение вращающихся дуг косвенного и прямого действи с подачей ионизирующих присадок через полый электрод или непосредственно между электродами; при этом обеспечивается равномерное действие дуги на забой и повышается производительность процесса расплавления;

- способ уменьшения вязкости вытекающего из шпура расплава путем его периодического кратковременного нагревания дугой, возбуждаемой между электродами по всей их длине при соответствующем перемещении подвижного электрода и уменьшении расстояния между электродами..

11. Определены следующие перспективные направления исследований и опигно-конструкторских разработок:

- применение двух- и трехфазных дуг, обеспечивающих лучше! использование энергии и увеличение размеров сечения шпуров;

- создание оборудования с электрододержателем - шнекомдл расплавления бетона в нижнем положении;

- создание ручных установок для. образования отверстий для инженерных коммуникаций в железобетонных конструкциях небольшо толщины;' .■;'..

- создание передвижных установок с автономными источникам! питания для использования в экстремальных ситуациях - вскрытия подвалов, убежищ, разборки, завалов и др.

Целесообразно также проведение специальных исследований в области охраны труда при злеггродуговоы расплавлении бетона и железобетона.

12. Результаты исследований являются основой для разработки инструктивного документа по технологии электродугового расплавления железобетона, а также проведения опытно-конструкторских разработок нового оборудования.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Кутовой Э.Н., Баба Шукри. Экспериментальные исследования некоторых технологических параметров процесса расплавления железобетона зависимой электрической дугой // Э^зисы докладов

6-й научно-технической конференции Харьковского инженерно-стро-тельного института (ХХИ) - 1993. - С.99.

¿. Кутовой Э.Н., Баба Шукри. Технико-зкоыыическая оценка тсобов направленного пазрушения железобетона // Тезисы докла-эв 413-я научно-технической конференции. - 1993. - СЛОТ.

3. »Чутэвой Э.Н., Ьукри Баба. Некоторые результаты якспери-ентальных исследований технологических параметров процесса эле-гро лугового расплавления железобетона // Тезисы докладов 49-й аучно-техническэй конуеоенции ШУА. - 1994.

4. Шукри Баба, Путовой Э.Н. Повышение стабильности электри-гских дуг при расплавлении железобетона // Тезисы докладов

научно-технической конференции ХИСИ. - 1994.

/

По1Ш.;::т,-;о п^чгг/. 2б.и5.94г. ¿опмат бихВ4 1/16, Бумага для множит~дь:ик шпюатов,'печать офсетная, ротапринт ХО/С, зак.91о.т.1р.Юи. г.Харьков ул.Ларшала