Исследование разрушения бетона электрическим взрывом проводников с целью его утилизации

Дипломная работа

2010г.

РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа инженера на тему «Исследование разрушения бетона электрическим взрывом проводников с целью его утилизации» состоит из текстового документа, выполненного на 93 страницах, двенадцати демонстрационных листов. Текстовый документ содержит 23 рисунка, 10 таблиц, список использованных источников из 23 наименований.

Ключевые слова: БЕТОН, ЖЕЛЕЗОБЕТОН, УТИЛИЗАЦИЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЗРЫВ ПРОВОДНИКОВ, АНАЛИЗ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК.

Целью работы является экспериментальное исследование характера разрушения бетона при размещении проводника непосредственно в толще разрушаемого образца при варьировании диаметра взрываемых проводников и их материала.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ существующих методов переработки бетонных и железобетонных изделий;

- выполнить экспериментальные исследования по разрушению образцов бетона электрическим взрывом проводников из меди, нихрома, манганина;

- провести оценку эффективности разрушения бетона при электрическом взрыве проводников из разных материалов;

- оценить влияние диаметра проводника на эффективность разрушения бетона.

Проект выполнен с использованием литературных источников и материалов преддипломной практики. Выпускная квалификационная работа оформлена в текстовом редакторе Microsoft Word 7.0 и представлена в распечатанном виде на листах формата А 4.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Развитие производства бетона и железобетона

1.2 Проблема утилизации бетонных и железобетонных конструкций

1.3 Методы переработки железобетонных и бетонных изделий

1.3.1 Зарубежный опыт переработки строительных отходов

1.4 Электроразрядные технологии

1.4.1 Электрогидравлический эффект

1.4.2 Электроимпульсная технология

1.5 Электрический взрыв проводников

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Методика проведения экспериментов

2.2 Анализ гранулометрических характеристик продуктов электрического взрыва проводников ризного диаметра

2.3 Анализ гранулометрических характеристик продуктов электрического взрыва проводников из разных металлов

3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ВЗРЫВОМ ПРОВОДНИКОВ

3.1 Планирование работ

3.2 Затраты на проведение работ

3.2.1 Материальные затраты

3.2.2 Затраты на оплату труда

3.2.3 Отчисления на социальные нужды

3.2.4 Амортизационные отчисления

3.2.5 Прочие затраты

3.2.6 Накладные расходы

4. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

4.1 Введение

4.2 Анализ опасных и вредных факторов

4.3 Электробезопасность

4.4 Производственный микроклимат

4.5 Освещение

4.6 Шумы и вибрация

4.7 Пылеобразование

4.8 Пожаровзрывобезопасность

4.9 Охрана окружающей среды

4.10 Чрезвычайные ситуации

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Одним из важнейших резервов экономии материальных и энергетических ресурсов в области строительства является использование отходов предприятий по производству сборного железобетона и демонтируемых строительных объектов в виде бетонного лома. Во многих случаях непригодные бетонные и железобетонные изделия длительное время хранятся на складах заводов-изготовителей, вывозятся на свалки, закапываются в землю, что загрязняет окружающую среду и лишает промышленность значительного объема дорогостоящего материала.

Ежегодно в нашей стране образуется около 6 млн. тонн отходов бетона и железобетона, а в ближайшее время прирост объема бетонного лома при разборке зданий и накоплении некондиционных конструкций достигнет 15-17 млн. тонн в год. В настоящее время в отвалах скопилось такое количество вторичного сырья, утилизация которого позволила бы получить более 1,5 млн. тонн металла и 40 млн. тонн бетонного лома [1].

Перерабатываемость для вторичного использования у железобетона весьма высокая. Арматурная сталь и закладные детали идут в переплавку, а отходы бетона практически полностью могут быть применены повторно в качестве заполнителя для ординарных бетонов или как балласт в дорожно-транспортном строительстве. Кроме строительства, дробленый бетон применяют при рекультивации земель для засыпки выработок в грунте.

В мире уже появилось такое понятие как жизненный цикл здания, который включает все этапы от начала строительства до полной утилизации остатков объекта. Для строительства из железобетона такой подход особенно актуален. Затраты на разборку объекта и ликвидацию разрушенных материалов следует предусматривать в смете еще при проектировании и накапливать в составе амортизационных отчислений в течение всего периода эксплуатации сооружения.

В связи с большими объемами переработки не найдена пока высокоэффективная технология для этого процесса. Сегодня в основном находят применение две технологии: механическая и электроимпульсная.

Электроимпульсный способ разрушения диэлектрических и полупроводящих материалов широко используется для дробления и измельчения материалов, резания блочного камня, разрушения некондиционных железобетонных изделий и т.д. Перспективным направлением в целях оптимизации процесса разрушения представляется использование явления ЭВП.

Инициирование разряда электрически взрываемым проводником по сравнению с высоковольтным пробоем при равных возможностях электрооборудования позволяет локализовать место пробоя вплоть до обеспечения в ряде случаев заданной геометрии разрядного канала, достичь больших пиковых воздействий, добиться увеличения КПД перехода электрической энергии в энергию взрыва, существенно снизить рабочее напряжение установок с уровня 50 - 500 кВ до значений ~ 5 кВ, а соответственно и уровень изоляции.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Развитие производства бетона и железобетона

Бетон и железобетон широко применяют во всех странах для возведения самых разнообразных объектов. В ближайшее время эти материалы останутся наиболее используемыми по всех областях строительства. Широкому применению бетона способствовали следующие общие предпосылки:

· практически неисчерпаемые запасы сырья для производства вяжущих и заполнителей бетона;

· экологическая целесообразность использовании отходов промышленности в качестве сырья для вяжущих и заполнителей;

· возможность снижения средней плотности бетона путем замены природных заполнителей искусственными, пористыми;

· возможность удовлетворения возрастающих и разнообразных требований гражданского и промышленного строительства, включая создание подземных, подводных и плавучих сооружений;

· низкая энергоемкость технологического процесса изготовления конструкций, сравнительная простота технологии, возможность придания изделиям из бетона любой формы и отделки;

· конструктивная совместимость бетона со многими строительными и отделочными материалами в целях придания железобетонным конструкциям требуемых эксплуатационных и архитектурных свойств.

Развитию производства и применения изделий из железобетона сопутствовали факторы, которые можно условно разделить на две группы:

1. Факторы, обеспечивающие возможность совершенствования конструктивных решений или появления новых конструкций, позволяющие достаточно эффективными и надежными способами организовать выпуск железобетонных изделий и возведение монолитных конструкций в возрастающих объемах. К этой группе факторов относятся следующие: развитие теории бетона и железобетона и практических методов расчета; создание различных видов бетона (тяжелых, легких, ячеистых, жаростойких и др.), эффективных арматурных сталей и арматурных изделий, разработка новых и совершенствование существующих технологий в производственных процессов, создание мощной разветвленной промышленности для заводского производства железобетонных изделий и конструкций.

2. Факторы, определяющие потребность в совершенствовании параметров конструкций и сооружений, оказавших влияние на состав номенклатур железобетонных изделий для различных областей строительства, а также на направления дальнейшего обновления проектных решений. Вторая группа факторов включает развитие объемно-планировочных решений производственных, общественных и жилых зданий, унификацию и типизацию конструкций, расширение применения железобетонных конструкций в новых видах строительства (сооружения транспорта, связи, атомной энергетики, подземные, плавучие, подводные сооружения, строительство в районах Севера и др.).

Высокая надежность и долговечность бетонных и железобетонных конструкций, стойкость их к воздействию высоких температур и агрессивных сред, способность бетона твердеть и наращивать прочность под водой, возможность возведения из бетона и железобетона зданий, сооружений и конструкций самых разнообразных форм в соответствии с их назначением и эксплуатационными требованиями издавна привлекала строителей.

Применение железобетона в России началось с 80-х г.г. XIX века. Наибольшее распространение он получил на юге страны, где особенно был велик объем строительства и существовали благоприятные условия (короткая зима, близость цементных и металлургических заводов, дешевые высококачественные заполнители) для возведения железобетонных конструкций (в то время только монолитных). В основном железобетон использовали при строительстве многоэтажных производственных и гражданских зданий, портовых сооружений и мостов. В строительстве в 1918-1928 г.г. было применено свыше 18 млн. м³ бетона и железобетона; только к 1928 г. было уложено не менее 4,7 млн. м³ бетона и железобетона, израсходовано 1,4 млн. т цемента и 370 тыс. т арматуры, или 11,5 % произведенного проката. Область применения железобетона в 1930-1941 г.г. стала довольно обширной. Из монолитного железобетона выполняли основные несущие конструкции одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий (фундаменты, колонны, подкрановые балки, покрытия и даже стены, балочные и безбалочные перекрытия), многоэтажные жилые здания, элеваторы, бункеры, емкости и подземные сооружения. В годы Великой Отечественной войны в условиях острейшего недостатка стали бетон и железобетон широко использовались на строительстве важнейших объектов оборонной промышленности в восточных районах страны.

Высокие качества железобетона как долговечного, прочного и стойкого строительного материала особенно убедительно подтвердились во время войны, когда железобетонные здания и сооружения, в особенности пространственно работающие (элеваторы, резервуары, дымовые трубы, мосты и т. д.), выдерживали многочисленные попадания артиллерийских снарядов и авиационных бомб.

В первые послевоенные годы железобетон широко использовался в восстановительном строительстве. Были разработаны оригинальные методы устранения повреждений основных несущих конструкций зданий и сооружений, в том числе мостов и гидротехнических сооружений. Значительное внимание уделялось использованию местных материалов в качестве заполнителей для бетона (шлака, кирпичного боя и т. д.). К 1948 г. ликвидация последствий войны была в основном закончена. Выпуск строительных материалов достиг довоенного уровня, а в ряде отраслей и превысил его. В течении всего остального периода своего существования, СССР только наращивала темпы выпуска и использования бетона и железобетона. Это позволило СССР увеличить объемы строительно-монтажных работ с 9,3 млрд. руб. в 1954 году до 70 млд. руб. в 1985 году, что обеспечило невиданную до этого скорость постройки жилищного массива.

После развала СССР производство бетона и железобетона, как и почти любая другая отрасль промышленности, резко сократилась. Часть заводов остались на территории стран СНГ, что привело к их потере навсегда для России. На данном этапе истории отрасль понемногу возрождается, ведь актуальность и необходимость этих материалов не пропала. Особенно это важно сейчас, когда многое предстоит отремонтировать, восстановить и построить вновь.

В мире и у нас стране используют разные виды бетонов и железобетонных изделий. Каждые из них используются в разных областях строительства. Железобетонные изделия бывают:

1) сборные;

2) монолитные.

Бетоны бывают:

1) тяжелые;

2) легкие;

3) ячеистые;

4) специальные.

Бетоны могут делиться по прочности, жаростойкости, по теплоизоляционным свойствам, по виду наполнителя, по виду используемого при его производстве цемента, а так же по другим признакам. При правильном выборе вида бетона при строительстве могут быть сэкономлены довольно большие деньги.

Например, преимущество сборного железобетона по сравнению с монолитным - возможность широкого использования эффективных, более прочных арматуры и бетона. Особенно это проявляется при заводском изготовлении сборных преднапряженных конструкций применением высокопрочной стержневой и проволочной арматуры, что весьма важно для совершенствования и повышения эффективности железобетонных конструкций.

Предварительное напряжение арматуры в железобетоне позволяет расширить область его применения как для большепролетных и высотных сооружений, в том числе уникальных, так и для массовых конструкций и изделий, повысить прочность, жесткость и трещиностойкость железобетонных конструкций. Наиболее рационально использовать сборные железобетонные изделия при выпуске плоских конструкций (балки, перегородки, площадки и т.д.), а так же при постройке производственных зданий, транспортные галереи, опор мостов, крупнопанельные жилые дома и т.д.

1.2 Проблема утилизации бетонных и железобетонных конструкций

Проблема утилизации бетонных и железобетонных конструкций остро стоит во всем цивилизованном мире. По данным международной организации RILEM в странах ЕС, США и Японии в 2000 г. ежегодный объем только бетонного лома составил более 360 млн. т. Начиная с 70-х г.г. во многих странах ведутся широкомасштабные исследования в области переработки бетонных и железобетонных отходов, изучения технико-экономических, социальных и экологических аспектов использования получаемых вторичных продуктов.

В бывшем СССР внимание к этому вопросу было привлечено в конце 70-х г.г. Тогда считалось, что утилизация имеющихся отходов позволила бы вовлечь в хозяйственный оборот около 40 млн. т. бетонного лома и около 1,2 млн. т. металла. Однако реальных мер для решения проблемы принято не было.

При сносе панельных домов, при производстве строительно-монтажных и сопутствующих работ образуется значительное количество строительных отходов, большая часть которых вывозится на полигоны и свалки, в том числе, несанкционированные, что отрицательно влияет на экологическую ситуацию.

В то же время, отходы строительного производства представляют собой вторичное сырье, использование которого после переработки на вторичный щебень и песчано-гравийную смесь может снизить затраты на новое строительство объектов в городе и одновременно позволяет уменьшить нагрузку на городские полигоны, исключить образование несанкционированных свалок. Вторичный щебень из бетона сносимых построек оказывается значительно дешевле природного, так как энергозатраты на его производство в 8 раз меньше, а себестоимость бетона с ним снижается на 25 %. Таким образом, переработка строительных отходов, создание системы рециклинга становится перспективным высокорентабельным производством, решающим важнейшую экологическую и экономическую задачу.

На сегодняшний день существует два пути утилизации строительных отходов:

- захоронение на специально отведенных полигонах и свалках;

- полная переработка с помощью специальной дробильной техники.

До недавнего времени единственным путем утилизации строительных отходов был первый вариант, но, по сути, это всего лишь откладывание решения проблемы на завтра. Кроме того, такой способ утилизации создает большие экологические проблемы.

За рубежом проблема утилизации отходов решается системно на государственном уровне: в некоторых странах свалки строительных отходов запрещены вовсе, а в Америке и Канаде свалки в принципе существуют, но их размер значительно ограничен тем, что стоимость "сваливания" отходов существенно превосходит стоимость их переработки. Экономический фактор играет важную роль. Стоимость приема строительных отходов на полигоны колеблется от 3.5 до 7.0 USD за куб. м без учета расходов на транспортировку, составляющих в зависимости от расстояния до полигона и использования своего или наемного автотранспорта также до 6 USD за 1 куб. м. Цены на переработку строительного лома сейчас в среднем в два раза меньше, чем на захоронение, и составляют 1.5-3.0 USD за 1 куб.м.

Решить экологические и экономические проблемы, возникающие с образованием огромного количества отходов, возможно только путем организации масштабной отрасли переработки. В западных странах уже сейчас доля переработки строительных отходов составляет в среднем около 50 % от общего объема. За счет совершенствования технологий и законодательства смогли достигнуть очень высокого уровня переработки строительных отходов Дания, Нидерланды, Швеция, где в настоящее время перерабатывают более 90 % таких отходов.

Во многих странах прямо в смету строительства закладывают средства на разборку и переработку сооружений после того, как они отслужат свой срок. Таким образом, фирма, которая строит, берет на себя обязательства впоследствии ликвидировать объект.

В России ежегодно образуется 15-17 млн. т строительного мусора, 60 % которого составляют кирпичные и железобетонные отходы. В Москве доля строительного мусора выросла 25 % от общего объема отходов и составила в 2004 г. 4 млн. т (тогда как в 2001 г. образовалось всего 1,7 млн. т). Темпы роста объема строительных отходов составляют 25 % в год. В настоящее время все виды строительного мусора можно легально вывезти на специализированный полигон. Плата за размещение отходов с учетом того, что они не представляют экологической опасности, ничтожна. Несмотря на это полигоны по утилизации вторсырья в последнее время стали массово закрываться. Они уже не способны вместить возрастающий поток отходов строительного производства.

За счет действий правительства России, которое пытается законодательно стимулировать развитие отрасли переработки строительных отходов, и увеличения мощностей перерабатывающих предприятий доля свозимых на свалки отходов неуклонно падает.

Становление рынка демонтажа и сноса зданий и сооружений создает предпосылки и для развития такого перспективного направления бизнеса, как переработка строительных отходов для их вторичного использования (рециклинг).

Именно при сносе зданий и сооружений образуются наибольшие объемы строительных отходов. К тому же в одном отвале перемешиваются совершенно разные материалы, и их сочетание может нанести непоправимый урон экологии. Это осколки бетона, смешанные с пропитанным битумом рубероидом, линолеумом на фенольных основах, трехслойными панелями с минватой, панелями из ДСП и асбоцемента, да и многим другим, из чего возводились, например, дома массовых серий.

Из остатков кирпичных и железобетонных конструкций получают высококачественный вторичный щебень различных фракций [1]. Этот материал применяется в строительстве зданий, дорог, создании инженерной инфраструктуры, работах по благоустройству территорий, в ограниченных случаях - при производстве бетона, сооружении и ремонте железнодорожных путей. Для переработки любых видов железобетонных, кирпичных, каменных конструкций, включая гранит и особо прочные породы камня, сепарирования включений металлоконструкций предлагаются специальные мобильные комплексы. В результате переработки получается качественный деловой материал - вторичный щебень.

Необходимо отметить, что там, где производился снос сооружений, всегда предполагается новое строительство, а, значит, щебень будет востребован; рециклинг строительных отходов позволяет экономить деньги на покупке и перевозке материалов для строительства. Строительные материалы находятся на площадке, поэтому щебень не нужно транспортировать, доставлять из другого места.

Анализ накопленного опыта переработки строительных отходов и вторичного использования бетона в строительстве показывает, что за счет внедрения рациональных схем переработки, использования новых поколений оборудования и улучшения качества вторичного щебня может быть обеспечена его конкурентоспособность с природными заполнителями.

1.3 Методы переработки железобетонных и бетонных изделий

Существуют статические (раскалывание, дробление, резка и расширение) и динамические (ударное, вибрационное, взрывные) методы разрушения строительных материалов, при этом удельные энергетические затраты более низкие при динамических методах. В настоящее время наибольшие результаты достигнуты в совершенствовании технологии разрушения строительных конструкций ударными методами, раскалыванием, резкой, дроблением и расширением.

Принцип работы полигона (площадки) утилизации строительных отходов наиболее точно можно рассмотреть на примере переработки железобетонных изделий.

Железобетонный лом, полученный на месте разрушения сносимых зданий и сооружений, транспортируется на полигон (площадку) по переработке, где предварительно складируется для подготовки к первичному дроблению.

Предварительно измельченные в агрегате крупного дробления строительные отходы подаются на конвейер, который оснащен магнитным надленточным отделителем, вылавливающим металлические включения. Освобожденные от металла куски перерабатываемого материала направляются в вибропитатель, который отсеивает мелкую (до 50 мм) фракцию и обеспечивает равномерную подачу материала в разделительную станцию на отсортировку дерева и пластмассы. Мелкая фракция через агрегат сортировки СМД513, снабженный односитным грохотом, разделяется на неиспользуемый «мусор» и крупные куски, которые направляются на склад готовой продукции. Очищенный от дерева и пластмассы материал попадает в агрегат дробления СМД518 с роторной дробилкой СМД75А, где измельчается, а затем ленточным конвейером, оснащенным магнитным отделителем металла, транспортируется в агрегат сортировки ДРО602 с трехситным грохотом. Самая крупная фракция из агрегата сортировки направляется в агрегат дробления СМД518 на повторное дробление. Таким образом, получается щебень 3х фракций, который накапливается на складе готовой продукции. Арматура пакуется и подается на склад готовой продукции.

Ударные методы

Наиболее широкое распространение получили гидравлические и пневматические молоты на самоходных установках, отличающиеся высокой производительностью, мобильностью и возможностью точного приложения удара. Гидравлические молоты по сравнению с пневматическими имеют меньший уровень шума, вибрации и пылеобразования. Здесь лучше всего зарекомендовали себя гидравлические молоты с энергией единичного удара 9000 Дж и гидропневматические установки с нагрузкой до 3000 Дж.

Рисунок 1 - Гидравлический молот НМ 900



Рисунок 2 - Гидравлический молот ТЕХ 200 Н

Пневматические бетоноломы с энергией удара 80--90 Дж применяют для разборки бетонных и железобетонных конструкций и завалов, бутобетонных и кирпичных сооружений и полускальных пород. Для разборки и разрушения различных видов конструкций они снабжаются сменными рабочими органами (пикон и лопатой).

Пневматические отбойные молотки с энергией удара 30-- 45 Дж применяются для разборки бетонных и асфальтобетонных покрытий, кирпичных стен. Пневматические ручные машины при работе включаются нажатием с определенным усилием на рукоятку, а выключаются при снятии усилия с рукоятки. Для обеспечения энергией ручных пневматических машин используют стационарные компрессорные установки и воздухораспределительные сети реконструируемого предприятия. При отсутствии такой возможности используют передвижные компрессоры.

Электрические ломы и бетоноломы с энергией удара 40 Дж применяют для разборки бетона и железобетона, кирпичной кладки, асфальтобетонных и бетонных покрытий. Молотки электрические с энергией удара 25 Дж применяют для разборки асфальтобетонных и бетонных покрытий, кирпичной кладки. Молотки электрические с энергией удара ЮДж и ниже могут применяться для разборки кирпичной кладки небольшой прочности (на растворе М25 и ниже).

Электрические ручные машины ударного действия имеют меньшую энергию единичного удара по сравнению с пневматическими, однако при их работе значительно ниже уровень шума, что обусловливает снижение утомляемости работающих. Электрические ручные молотки и бетоноломы целесообразно использовать для поэлементной разборки конструкции средней и низкой прочности, а также при работах на высоте, где в случаях применения пневматических ручных машин рабочим необходимо прилагать дополнительные усилия на подъем и удержание воздухопроводного рукава, что приводит к быстрой утомляемости и соответственно снижению производительности.

Пневматические ручные машины ударного действия эффективно используют для разборки более прочных бетонных, железобетонных и кирпичных конструкций.

Раскалывание

При разрушении бетонных и железобетонных конструкций методом раскалывания используют гидроклинья, позволяющие работать без вредных воздействий вибраций, шума и пылеобразования. Гидроклин состоит из гидроцилиндра и расклинивающего устройства, вставляемого в высверленное отверстие и создающего усилие до 130 т, а также насосной станции, создающей давление в гидроцилиндре. Средняя производительность гидроклиньев примерно в 510 раз выше по сравнению с ручными отбойными молотками.

Гидроклиновой раскалыватель, приводимый в действие с помощью гидроцилиндра, применяется для разрушения бетонных фундаментов с маркой бетона до 300 при любой степени внутренней стесненности реконструируемого здания. Рабочий орган этого устройства представляет собой вертикально стоящий цилиндр, в средней части которого на всю высоту вырезан клин, сужающийся снизу вверх. При подъеме клинообразной части цилиндра вверх боковые части раздвигаются, увеличивая диаметр цилиндра. За счет подбора углов клина усилие, развиваемое цилиндром, увеличивается в несколько раз (до 10) и достигает 1500--2000 кН.

Так, для раскалывания бетонных фундаментов применяют установки, состоящие из маслонасосной станции и нескольких (до 5) клиновых устройств. Для отделения частей бетона в нем бурят шпуры с шагом, зависящим от прочности бетона и составляющим 400--800 мм. Диаметр шпуров на 3--5 мм больше диаметра рабочего органа. Рабочий орган вводится в шпур, затем масло под давлением -- в гидроцилиндр. Откалывание кусков бетона происходит без разлета осколков, сопровождается слабым треском. Производительность установки 0,25--0,5 м3/ч.

Резка

При разрушении находят применение способы резки, позволяющие расчленить сооружение или конструкцию на отдельные элементы (блоки), пригодные для повторного использования. При этом используются алмазные отрезные круги и термическая резка с применением кислородного дутья, плазмы или электрической дуги. Современные машины с алмазными кругами позволяют резать железобетон на глубину до 400 мм и с механической скоростью подачи до 2 м/мин.

Рисунок 3 - Машина СК ЗОЕ с электроприводом для резания бетона и железобетона фирмы "Кристенсен" (США)

Дробление

Дробление осуществляется с помощью зубьев, которые устанавливаются на бетоноломе или отдельно крепятся на экскаваторе. Сменное рабочее оборудование позволяет дробить железобетонные конструкции толщиной до 700 мм и фундаментов до 1200 мм.

Одним из основных преимуществ дробильной установки является возможность её использования непосредственно на месте образования строительных отходов. В этом случае мобильный дробильно-сортировочный комплекс доставляется на строительную площадку, где он сразу приступает к работе. Наиболее важными факторами конкурентоспособности работ по переработке строительных отходов на мобильной дробильной установке являются:

- низкая стоимость этого способа утилизации отходов по сравнению с захоронением на полигонах;

- возможность переработки отходов прямо на месте их образования;

- получение дешевого щебня экологически безвредным способом;

- получение товарного металлолома;

- решение многочисленных экологических проблем.

Рисунок 4 - Установка первичного дробления УПН 12-3,5-1,5

При разработке отечественного оборудования для дробления бетона был выбран способ давления с помощью рычажного пресса. Преимущества такой схемы по величине давления разрушения представлены на рис. 5. Величина давления по сравнению с ударной нагрузкой примерно в 2 раза меньше.

Рисунок 5 - Зависимость между напряжением s и деформацией е при различных скоростях нагружения: I, II, III, IV - возрастающие значения скоростей деформирования.

А как следует из схемы разрушения, показанной на рисунке 6, происходит довольно равномерное отделение бетона от арматуры вследствие медленного (ползучего) разрушения контактной зоны между арматурой и бетоном.

Рисунок 6 - Схема загружения бетонных и железобетонных изделий при разрушении: а, в - схемы положения нагрузок; б, г - схемы разрушения бетона и железобетона.

По такому принципу были запроектированы установки по первичному дроблению бетона, как для плоских изделий, так и для колонн и ригелей. В таблице 1 представлены основные технические характеристики установок для дробления некондиционных или отслуживших свой срок разрушенных железобетонных изделий.

Таблица 1 - Техническая характеристика установок первичного дробления некондиционного бетона

Показатель	С передвижным гидравлическим составом	Со стационарным гидравлическим прессом
	УПН 24-3,5-0,6	УПН 12-3,5-0,6	УПН 10-2-0,6	УПН 7(12)-3-0,6
Производительность, м3/ч, при переработке:
Бетонных отходов	10	10	8	8
Фракция дробленого материала, мм	0-250	0-250	0-250	0-250
Установленная мощность, кВт, при разрушающем усилии пресса 2000 кН	87,5	87	79,5	79,5
Габариты установки, м
Длина	32,4	24,5	25.3	20,7
Высота	6,2	6,2	4,1	4,1
Масса установки, т	141,5	100	71,5
В т.ч. масса обслуживающих площадок и металлоконструкций	25	20	15	12

Разрушение

Для разрушения строительных конструкций с помощью расширения наиболее часто используют патроны жидкой углекислоты (кардокса), действие которых основано на увеличении объема в результате перехода углекислого газа из жидкого в газообразное состояние, при этом развиваемое давление изменяется от 125 до 275 МПа. В последнее время появились и другие расширяющиеся составы, действие которых основано на различных химических процессах, протекающих от нескольких часов до 30 мин. Разрушение конструкций происходит в результате расширения залитой в пробуренные шпуры смеси порошка с водой, но развиваемое в результате давление значительно ниже, чем при использовании каркаса (в пределах 3040 МПа). Поэтому с помощью этого разрушают, как правило, легкие железобетонные конструкции.

Когда все процессы производства продукции выполняются около сносимого здания, используется передвижное или самоходное перерабатывающее оборудование, размещаемое на мобильной площадке переработки строительных отходов. Комплект оборудования включает: башенный кран (при разборке здания), формирующий штабели из элементов зданий с различными характеристиками; экскаватор со сменным рабочим оборудованием (ковш, гидромолот и гидроножницы); погрузчик для выемки подготовленных к первичному дроблению разрушенных элементов зданий из штабеля, перемещения этих элементов до агрегата первичного дробления и загрузки первичного устройства агрегата (в этих процессах может быть использован бульдозер); агрегаты первичного и вторичного дробления; грохот для разделения продуктов дробления по крупности; конвейеры для размещения продукции нескольких фракций, отходов переработки и арматуры, подающие в штабели. Отгрузку продукции и отходов осуществляют погрузчики, а арматуры экскаваторы, реже погрузчики.

Общие принципы создания технологического оборудования по переработке некондиционного бетона и железобетона как в нашей стране, так и за рубежом базируются на возможности применения существующего дробильно-сортировочного оборудования, используемого при переработке природного камня из карьеров. Однако при определении конструктивных параметров дробильной установки, предназначенной для переработки отходов из железобетона, необходимо учитывать наличие арматуры и невозможность точного контроля формы и размеров подаваемого материала. Необходимость пропускания арматуры через установку по переработке отходов из железобетона заставляет выбирать камнедробилку первичного дробления повышенной производительности и, соответственно, увеличенные габаритные размеры.

В качестве установок первичного дробления некондиционного железобетона можно применять различного вида дробилки (щековые, конусные, ударные, молотковые), позволяющие загружать в дробильную камеру изделия с ограниченными размерами: по длине до 3 м и по ширине до 1 м. Наиболее эффективными являются щековые дробилки. Что касается процесса удаления арматуры, то лучшие результаты были достигнуты при использовании магнитного надконвейерного сепаратора, который самостоятельно освобождается от притянутой арматуры. Для более тщательного удаления металла может быть использована двухстадийная технология: после сепаратора еще смонтировать и магнитный барабан.

После извлечения из железобетона арматура разрезается на мерные куски с помощью ручных гидравлических аллигаторных ножниц СМЖ549 для дальнейшего транспортирования к местам ее утилизации.

При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что в крупнопанельном домостроении в первые годы индустриального жилищного строительства использовался тяжелый бетон марок М75МЗОО (В5В25) и легкий бетон марок М50М150 (В3,5В10). Полное же разделение бетона по видам и маркам практически невозможно. В процессе дробления и сортировки физико-механические характеристики щебня из строительного лома могут несколько изменяться в зависимости от характеристик применяемого оборудования.

Для предварительной подготовки строительных отходов к первичному дроблению используют дополнительное оборудование, состоящее из гидравлического экскаватора с быстросменным (специальным) оборудованием «клещи», способным разрезать бетонные элементы толщиной до 300 мм с арматурой до 40 мм. При необходимости гидроножницы легко заменяются на гидромолот. Затем автопогрузчиком с ковшом шириной 45 м и глубиной 1,4 м строительные отходы загружаются в вибрационный питатель для процесса первичного крупного дробления.

Электрогидравлический метод разрушения конструкций

Осуществляется без образования взрывной волны и разброса осколков, что является принципиальным фактором при производстве работ в местах с выделением пыли или вероятным появлением газа. Этот метод совершенно безопасен для работающих вблизи людей и установленного оборудования, поэтому он может с успехом применяться не только на открытых площадках стройки, но также и внутри производственных помещений.

Применение установки электрогидравлического эффекта для разрушения каменных и бетонных массивов, бутобетонной и кирпичной кладок позволяет в десятки раз увеличить производительность труда и даже совсем исключить применение физического труда на указанных работах.

Буровзрывной метод разрушения

Метод использует энергию взрыва, образующегося при воздействии на взрывчатое вещество начального импульса от искры либо удара. Этот метод давно применяется в строительстве, поэтому считается одним из самых первых. В обоснованных случаях разрушения конструкций этим способом применяют шпуровые заряды и камуфлированный взрыв. Для уменьшения разлета кусков используют локализаторы взрыва различных конструкций.

Взрывогенераторную установку типа ВН-2, разработанную ЦНИИподземмашем, целесообразно применять для разрушения фундаментов и других железобетонных конструкций, негабаритных скальных кусков породы и т. д.

Принцип действия ВН-2 заключается в следующем: два жидких компонента (окислитель и горючее) непрерывно поступают из специальных емкостей в струйный взрывной аппарат (форсунку), откуда вытекают отдельными струями. При смешении отдельных струй образуется компактная струя сильнодействующего взрывчатого вещества, направляемая на разрушаемый материал. Инициатором взрыва является жидкий сплав калия с натрием, впрыскиваемый небольшими порциями (0,5 г) в струю взрывчатого вещества с регулируемой частотой (80--1500 в мин).

Бетон и другой материал дробится за счет энергии взрыва, воздействия целого комплекса газодинамических, механических и термических процессов, способствующих интенсивному разрушению.

Гидроимпульсный скалолом, разработанный Украинским отделением института Гидропроект им. С. Я. Жука, относится к взрывным шпуровым средствам, и разрушение им является разновидностью гидровзрыва. В пробуренную в бетоне скважину (шпур) диаметром 43 мм и предварительно залитую водой вставляют скалолом, снабженный охотничьим патроном 12-го калибра, который заряжен бездымным порохом марки «Сокол» или «Беркут», а затем производят выстрел. Разрушение бетона скалоломом происходит в режиме воздействия на стенки скважины гидравлического пресса, возникающего при резком расширении пороховых.

Расширение твердых смесей предварительно пробуренных шпурах представляет большой интерес, особенно расширение смеси типа «Бристар» (Япония) и НРС-1, разработанной НПНПстромом.

В массиве бурят шпуры, параметры и расположение которых определяются в зависимости от физико-механических характеристик разрушаемого материала. Глубина шпуров составляет не менее 70 % высоты разрушаемого массива; при этом чем больше диаметр шпура, тем сильнее разрушающее усилие на его стенки. Смесь порошка с водой заливается в пробуренные шпуры до их устья.

Расход порошка, необходимого для приготовления расширяющейся смеси, определяется из расчета 2 г на 1 см3 шпура. Водотвердое отношение по массе должно находиться в пределах 0,30--0,32. Расширяющее усилие увеличивается со временем и за сутки достигает ЗОМПа.

Преимуществами их перед другими средствами являются отсутствие осколков и шума, большое количество одновременно заполняемых шпуров, которые через сутки вызывают растрескивание неограниченных в объеме массивов.

Разрушение массивов из бетона марки 300 и более, а также густоармированных массивов производится с предварительным бурением вертикальных или наклонных шпуров. При этом увеличивается производительность взрывогенератора, которая в зависимости от прочности разрушаемых конструкций составляет 42... 150 м3/ч.

Недостатками взрывогенераторов являются большой разлет осколков, значительный шум (до 108 дБ в радиусе 50 м) и выделение токсичных газов.

При выборе способов разборки и разрушения конструкций одними из основных показателей являются трудоемкость и сроки выполнения работ, однако эффективность применения того или иного способа существенно зависит также от выхода годных к повторному использованию материалов.

Разработка и создание эффективных технологий по переработке строительных отходов при разборке зданий и сооружений направлены на решение актуальных проблем экологической безопасности:

-- ликвидация свалок и захоронений строительного мусора и отходов строительного производства;

-- повышения чистоты воздушного бассейна от загрязнений в результате сжигания строительного мусора и отходов;

-- создание ресурсосберегающих технологий по переработке строительных отходов, позволяющих обеспечивать экономию строительных материалов: щебня, песка, битума, наполнителей, лаков, красок и т.п.

В России успешно работают технологические дробильно-сортировочные комплексы по переработке твердых строительных отходов.

1.3.1 Зарубежный опыт переработки строительных отходов

В мировой практике применяются два основных принципа организации переработки тяжелых строительных отходов и некондиционной продукции стройиндустрии:

-переработка образовавшихся отходов на месте их возникновения (на стройплощадке);

-переработка отходов на специальных комплексах.

Первый вариант не позволяет применять высокопроизводительное оборудование, обеспечивающее получение чистого и фракционированного продукта. Кроме этого, оно требует особых мер экологической защиты близлежащих жилых домов, исключает возможность непрерывной работы дробильной установки.

Второй вариант предусматривает дополнительные транспортные расходы на доставку отходов к месту переработки, которые компенсируются эффективной работой дробильно-сортировочного комплекса большой мощности, возможностью более глубокой переработки, отбором всех посторонних включений, возможностью организации постоянной логистики и маркетинга, относительно простым решением экологических проблем.

Например, в Германии в каждой земле существуют крупные перерабатывающие комплексы. Только в Берлине (где снос построенных во времена ГДР панельных пятиэтажек даже не планируется) их более 20.

Как правило, комплекс состоит из нескольких участков.

Участок приема отходов, где осуществляется их складирование, предварительная сортировка и разделка негабаритных плит или обломков до размеров, которые способна пропустить дробилка. Этот участок обычно обслуживают экскаваторы с гидрокусачками.

Участок подготовленного материала, где работают фронтальные погрузчики с емкостью ковша 4 - 5 м³ способные обеспечить непрерывную работу высокопроизводительной дробилки.

Перерабатывающая установка, включающая приемный бункер, дробильный агрегат, магнитный сепаратор и сортировочный узел. На крупных перерабатывающих предприятиях в состав установки входят также дробилка вторичного дробления, более полный набор грохотов, система воздушной сепарации легких частиц (остатки утеплителя, обоев, линолеума и др.), а иногда и установка для мойки вторичного щебня.

Склад готовой продукции может быть укомплектован поворотными конвейерами, отсыпающими щебень разных фракций в конические отвалы, или автоматизированными силосными складами, где в силосах хранится щебень, распределяемый по фракциям и по прочности, откуда он автоматически отгружается заказчику в заданном процентном соотношении.

Обычно комплексы оборудованы автомобильными весами для взвешивания поступающего материала и отпускаемой продукции.

В качестве первичных дробильных агрегатов чаще всего используют щековые дробилки, а также роторные агрегаты ударно-отражательного действия, причем последние часто не требуют установки дробилки второй ступени.

Работающие за рубежом комплексы не только выполняют важную экологическую и экономическую задачи государственного значения, но также являются высокорентабельными предприятиями. Их доходы складываются из платы за приемку материала на переработку (поставщик экономит транспортные расходы на доставку к месту свалки и плату за свалку) и доходов от продажи вторичного щебня, который дешевле природного и ему обеспечен сбыт. Производительность комплексов в зависимости от их комплектации и загрузки составляет 100-800 тыс. т в год.

1.4. Электроразрядные технологии

1.4.1 Электрогидравлический эффект

Наряду с общеизвестными средствами разрушения в последние годы все более широкое применение находят для разрушения железобетонных и других конструкций такие шпуровые средства, как установки электрогидравлического эффекта (ЭГЭ), гидроклиновой раскалыватель, гидропороховой скалолом, расширяющиеся смеси, а также взрыво-генераторные установки.

Принцип действия электрогидравлических установок (ЭГУ) основан на применении электрогидравлического эффекта Л.А. Юткина, который представляет собой высоковольтный импульсный разряд электрического тока в жидкости, сопровождающийся выделением энергии в виде ударных и акустических волн и др. В электрогидравлическом эффекте (ЭГЭ) используется энергия, накопленная в конденсаторной батарее. В результате электрического разряда, происходящего в жидкой среде, формируется канал, представляющий собой парогазовую полость, расширение которой сопровождается волнами давления и скоростным потоком, образующим электрогидравлический удар, который разрушает материал разбираемой конструкции. Искровой разряд происходит в жидкости, залитой в шпур глубиной 0,3-0,5 м и диаметром 25-42 мм, пробуренный в теле конструкции.

В настоящее время для разрушения строительных конструкций (бетона и железобетона) применяют ЭГУ типа «Вулкан», ЭГУРН, «Базальт» и др.

В технологический комплекс по разрушению железобетонных конструкций ЭГЭ входят: установка ЭГУРН, источник электроэнергий напряжением 380/220 В установленной мощностью 20кВА, источник сжатого воздуха производительностью 5 м3/мин, источник технической воды (водопровод, емкость), аппаратура для резки арматуры (газо- или электросварка), средства бурения шпуров (перфораторы, шланги, буровые штанги), средства разборки бетона (клинья, ломы, пневмомолотки), подъемно-транспортные средства для погрузки и удаления бетонного боя и кусков арматуры.

Электрогидравлический способ подразделяется на электрогидравлический клин и электрогидравлические установки. Первый из них является инвентарным инструментом, основанный на действии гидравлического удара. Разрушаемая конструкция предварительно «подрезается» системой горизонтальных щелей (для разрезки арматуры) и вертикальных шпуров для размещения в них специального устройства «клина». Схемы шпуров и щелей при разрушении конструкций представлены на рисунке 7.

Рисунок 7 - Устройство шпуров в бетонных массивах:

1--фундамент; 2--вертикальный шпур; 3--горизонтальный шпур для «подрезки» арматуры; 4--стержни армокаркаса

Само устройство для электрогидравлического разрушения бетона представляет собой электрогидравлический клин ЭКГ-4 и электрогидравлический взрыватель ЭГВ-10. В разрушаемом изделии в предварительно образованный шпур устанавливается приспособление ЭКГ-4. При этом клин (6) и поршень (5) занимают верхнее положение. В полость (4) заливается вода и электровзрыватель (2) подсоединяется к силовой установке. Импульсный разряд электрогидравлического взрывателя вызывает динамический удар клина, который перемещаясь посредством разрезной втулки (7), вниз «разрывает» железобетонную конструкцию по ослабленному шпурами сечению.

Рисунок 8 - Электрогидравлический клин ЭКГ-4:

1 - корпус клина; 2 - взрыватель; 3 - электрод разрядника; 4 - полость клина с водой; 5 - поршень; 6 - клин; 7 - разъемная втулка; 8 - косынки крепления подвесок; 9 - подвески втулки.

Силовая установка электрогидравлического клина, монтируемая на шасси автомашины типа ЗИЛ, состоит из следующих узлов: повысительно-выпрямительного устройства; импульсного конденсатора; разрядного устройства; пульта управления.

Рисунок 9 - Автомашина ЗИЛ

Повысительно-выпрямительное устройство предназначено для повышения сетевого напряжения 220/380 В до напряжения 15000 В. Импульсные конденсаторы большой емкости являются накопителями энергии для очередного взрыва.

Разрядное устройство передает импульсный разряд на электроды (3). Энергия импульсного разряда, достигающая 300 кДж, позволяет этим способом разрушать практически любую массивную монолитную конструкцию. Разница в применяемых методах заключается в мощности импульсного разряда. Установки подобного типа за счет значительной энергии, накопленной в батареях импульсных конденсаторов, обеспечивают давление в камере 10 разряда порядка 10²-10³ МПа, что превышает конструктивную прочность разрушаемого массива. Это позволяет разрушать габаритные фундаменты под каркас, под технологическое оборудование. Схема установки приведена на рисунке 10.

Рисунок 10 - Схема для установки для разрушения строительных конструкций электрогидравлическим способом:

1 - платформа автомобиля: 2 - выключатель; 3 - высоковольтный трансформатор; 4 - выпрямитель; 5 - батарея конденсаторов; 6 - управляемый разрядник; 7 - кабель; 8 - «шпур»; 9 - разрушаемый массив; 10 - вода; 11 - искровой промежуток

Таблица 2 - Технические характеристики электрогидравлических установок.

Наименование показателей	Тип установки
	вулкан К-32	гранит-3	ЭГУРН	ЭНУ	ПЭНУ	базальт - 2	импульс
	1	2	3	4	5	6	7
1. Рабочее напряжение, кВ 2. Энергия взрыва, кДж	5 40 2	5 70 3	6 150 4	5 100 5	10 200 6	6 100 7	5 100 8
3.Потребляемая мощность, кВт 4. Удельный расход энергии, кВт-ч/м3 5. Напряжение питания, В 6. Число взрывателей, шт 7. Габариты (м) -высота -ширина -длина 8. Масса установки, т	2,5 0,25 380 2 3,35 2,87 6 10,8	4 2 220 1 3,30 2,40 4,74 5	2 0,2 380 1-6 2 2 3,4 4	15 1,5 380 1-4 3,35 2,8 6 5	4 0,5 380 4 …. …. …. 9	5 0,15 380 5 1,46 1,46 2,5 3,25	5 0,15 380 2-4 2,25 2,4 4,85 5,5

1.4.2 Электроимпульсная технология

Важнейшей особенностью электроимпульсной технологии является высокая селективность разрушения материала, проявляющаяся в лучшем раскрытии зерен полезных минералов и лучшей их сохранности от разрушения.

Рабочим инструментом при электроимпульсном разрушении является искра, не возникает проблемы с загрязнением продукта измельчения аппаратурным железом, материалом мелющих тел, свойственным механическим способом измельчения материалов.

Электроимпульсное измельчение материалов, как правило, проводят в воде. Применение диэлектрических жидкостей часто бывает просто исключено из-за их воздействия на поверхностные свойства измельченных минеральных частиц. А с другой стороны, геометрия электродов такова, что формирование импульсов напряжения с требуемыми параметрами (амплитудой и длительностью фронта) не представляет особых затруднений, даже если используется техническая вода. Для повышения сопротивления нагрузки имеется возможность максимально изолировать электроды, разделить конструкцию на параллельно работающие секции.

Данное технологическое применение электроимпульсного способа разрушения осуществляется по схеме, представленной на рисунке 11.

Рисунок 11 - Технологическая схема ЭИ - установки для утилизации железобетонных изделий.