Вопросы и ответы.

Вопрос №77.

Расскажите, пожалуйста, о термических способах резки и прожигания отверстий в бетоне и железобетоне.

Для прожигания отверстий в бетоне и железобетоне, а также для разделительной резки в промышленной практике используют кислородное или кислородно–порошковое копье.

Кислородное копье — стальная трубка необходимой длины, по которой пропускается кислород. Будучи предварительно нагретым до температуры 1350–1400 °С, рабочий конец копья после пуска кислорода начинает интенсивно окисляться (гореть), развивая температуру до 2000 °С. Для увеличения тепловой мощности копья внутрь трубки обычно закладывают стальные прутки, но иногда их прихватывают сваркой к наружной поверхности копья (рис. 1).

Для начального нагрева копья используют обычно посторонние источники нагрева, например сварочную дугу или подогревающее пламя резака. В начальный момент, при зажигании копья, давление кислорода устанавливают небольшим, не более 0,05 МПа (0,5 кгс/см2), после же воспламенения трубки и установления устойчивого процесса давление кислорода поднимают до рабочего.

В процессе горения копье непрерывно укорачивается, причем в зависимости от толщины прожигаемого материала длина сгоревшей части трубки копья может быть в 5–25 раз больше длины прожигаемого отверстия. Обычно процесс прожигания кислородным копьем отверстий производят без применения подогревающего пламени. Особенность прожигания отверстий в бетоне и железобетоне состоит в том, что для поддержания материала в месте контакта с копьем в расплавленном состоянии копье необходимо прижимать к обрабатываемому бетону с силой до 300–500 Н (30–50 кгс), преодолевая сопротивление густоплавких шлаков. Последнее вызвано тем, что бетон, состоящий из оксидов (Al₂O₃, CaO и SiО₂), кислородной струей не окисляется и теплоты не выделяет, в связи с чем быстро застывает при удалении от его поверхности горящего конца копья. Поэтому прожигать отверстия в бетоне и других неметаллических материалах следует без возвратно–поступательных движений копья, а лишь периодически поворачивая копье на угол 10–15° в обе стороны.

Порошково–кислородное (кислородно–флюсовое) копье представляет собой стальную трубку с проходящими по ней кислородом и флюсом — мелкодисперсной смесью металлических порошков (железного и алюминиевого). Так же, как и при кислородном копье, рабочий конец порошково–кислородного копья в начале процесса нагревают источником теплоты до температуры 1350–1400 °С, после чего в копье подают кислород и флюс.

На выходе из копья порошок воспламеняется, образуя ярко светящийся факел длиной до 50 мм с температурой 4000 °С и выше. Направляя факел копья на поверхность обрабатываемого материала, ее расплавляют и кислородной струей удаляют образующиеся шлаки. При резке металлов наряду с расплавлением имеет место и окисление основного металла.

В отличие от кислородного порошково–кислородное копье во избежание закупорки его шлаком не прижимают к прожигаемому материалу, а выдерживают на расстоянии 30–50 мм от торца образуемого отверстия. Достигается это периодической с интервалом в несколько секунд подачей копья вперед до упора в торец отверстия. Промежутки времени между очередными подачами копья вперед зависят от скорости сгорания трубки копья. В процессе прожигания отверстий копью иногда придают вращательные движения, поворачивая его рукой на угол 10–15° в обе стороны.

Отверстия в бетоне и железобетоне порошково–кислородным копьем прожигают обычно в горизонтальном или наклонном снизу вверх направлении. Диаметр образуемого порошковым копьем отверстия зависит от диаметра копья, наличия или отсутствия вращательных движений копья и от удельных расходов кислорода и флюса.

Разделительную резку начинают от края разрезаемого материала или от начального сквозного отверстия внутри контура. Сущность процесса состоит в том, что, направляя факел копья на поверхность разрезаемого материала и совершая копьем возвратно–поступательных движения по касательной к передней грани реза (рис. 2), расплавляют поверхность материала факелом и удаляют расплавленный материал и шлаки струей кислорода. Углубляя постепенно копье в разрез, прорезают материал насквозь, т. е. осуществляют разделительную резку. Ширина образуемого щелевого разреза в зависимости от толщины материала и диаметра копья может составлять 25–70 мм.

Резка порошковым копьем возможна во всех пространственных положениях независимо от толщины материала (для бетона и железобетона в пределах 3–3,5 м).

В зависимости от  толщины разрезаемого железобетона резку можно выполнять по одной из схем, представленных на рис. 3–5. Так, при толщине железобетона до 300 мм, когда ванна расплавленного бетона и шлака на поверхности передней грани реза может поддерживаться на всей длине этой грани в жидком состоянии, резку целесообразно проводить по схемам рис. 3. В этом случае копье совершает возвратно–поступательные движения на всю толщину разрезаемого материала, смывая расплавленный бетон в шлаки. Резка железобетона большей толщины этим способом не может быть производительной, так как жидкая ванна шлака на передней грани (длина которой может составлять не более 300 мм) по мере продвижения копья в глубь железобетона застывает. Последнее вызывает необходимость повторного разогрева передней грани реза до расплавления, что сильно снижает производительность процесса.

Для лучшего удаления шлака из образуемого разреза и достижения большей производительности резку железобетона толщиной более 300 мм следует проводить по схемам рис. 4. В этом случае резку начинают от нижней (рис. 4, а) или боковой, задней (рис. 4, б) поверхности разрезаемого железобетона, причем для поддержания шлаковой ванны на всей длине в жидком состоянии максимальная длина передней грани реза не должна превышать 300 мм. Сказанное в полной мере относится к резке в вертикальной плоскости и вертикальном направлении (рис. 5).

Резку железобетона толщиной более 200 мм по схемам рис. 4, 5 осуществляют участками (рис. 6). Резку в пределах одного участка выполняют послойно (рис. 7).

При разделительной резке железобетона важно начало процесса. В простейшем случае резку железобетона начинают от внешней кромки. Однако в практике весьма часты случаи, когда процесс приходится начинать внутри контура железобетонной стены или перекрытия. Для этого необходимо иметь начальное отверстие диаметром 70–100 мм, которое можно получить как кислородным, так и порошково–кислородным копьем. При порошково–копьевой резке применяют стальные водо–газопроводные трубки с внутренними диаметрами 10 и 15 мм (ГОСТ 3262).

Один из основных параметров режима резки — удельный расход кислорода — зависит от удельного расхода и состава флюса, сечения копья, насыщенности бетона арматурой, а также от толщины разрезаемого железобетона.

При порошково–копьевой разделительной резке железобетона с применением флюса, состоящего из 80–85% Fe и 15–20% Al (по объему), на окисление трубки копья и флюса ориентировочно расходуется до 40% кислорода. Остальное количество его идет на удаление образующихся шлаков и непроизводительные потери.

Коэффициент полезного действия процесса прожигания в большей мере зависит от толщины разрезаемого железобетона, с увеличением которой наблюдается более полное использование кислорода и флюса за счет увеличения времени протекания реакций окисления. Следовательно, удельный расход части кислорода, идущей на окисление трубки копья и флюса при разделительной порошково–копьевой резке, уменьшается с увеличением толщины железобетона.

Однако практически для лучшего удаления шлака при резке больших толщин железобетона давление кислорода увеличивают, в результате чего (при сохранении постоянства проходных сечений кислородопровода) удельный расход кислорода с увеличением толщины разрезаемого железобетона возрастает. Давление кислорода определяет в основном степень трудности удаления шлака, зависящая, в свою очередь, от толщины железобетона и направления процесса резки. Так, если при резке железобетона толщиной 1500 мм в вертикальном направлении сверху вниз рабочее давление кислорода составляет 0,6 МПа (6 кгс/см²), то при резке железобетона той же толщины в горизонтальном направлении оно должно составлять не менее 1 МПа (10 кгс/см²). Однако во избежание чрезмерно большого охлаждающего действия струи и непроизводительных потерь кислорода давление его даже при резке в горизонтальном направлении бетона толщиной до 2000 мм не должно превышать 1,4 МПа (14 кгс/см²).

Большое влияние на производительность резки оказывает также удельный расход флюса, изменение которого в пределах 24–48 кг/ч и более (при резке железобетона толщиной 150–1500 мм) изменяет скорость резки до 25–30%.

Материал также доступен в формате PDF, для просмотра требуется Acrobat Reader.

Вернуться в раздел Вопросы и ответы.