Файл: Барон, Л. И. Износ и защита внутренних поверхностей угольных бункеров.pdf

отмечено, что раскалывание плиток, приклеенных к бетонному ос­ нованию, происходит, как правило, лишь после отслоения плиток от раствора или раствора от основания. Все это свидетельствует о том, что прочность сцепления плиточных футеровочных материа­ лов с основанием является важным фактором прочности футеровки в целом.

Для крепления штучных футеровочных материалов к основанию широко применяют цементно-песчаный раствор. Большое влияние на прочность сцепления плитки с раствором оказывает степень усадки раствора, происходящей в процессе его твердения. Усадка вызывает появление усадочных напряжений в плоскости контакта раствора с плиткой, которые при плохом контакте между раство­ ром н плиткой могут привести к частичному или полному срезу по плоскости сцепления и тем самым понизить или полностью ис­ черпать сопротивление отдельных плиток футеровки сдвигающим усилиям.

Прочность сцепления плитки с раствором, обусловленная проч­ ностью химических соединений в зоне контакта, частично затрачи­ вается на восприятие сдвигающих усилий, вызванных усадкой раствора. Оставшаяся часть прочности сцепления, или так называе­ мая о с т а т о ч н а я п р о ч н о с т ь с ц е п л е н и я , служит для вос­ приятия напряжений, возникающих в зоне контакта раствора с плиткой от эксплуатационных воздействий.

Если сдвигающие усилия, вызываемые эксплуатационными воз­ действиями, превысят остаточную прочность сцепления плитки с раствором, то произойдет нарушение сцепления — плитка от­ слоится.

Остаточная прочность сцепления характеризует величину уси­ лий, возникающих от эксплуатационных воздействий в зоне кон­ такта плитки с раствором, которые может воспринять плитка без отслоения. Поэтому количественная характеристика эксплуатацион­ ных воздействий на футеровку, при которых наступит отслоение плиток футеровки от раствора, будет соответствовать остаточной прочности сцепления.

Вопросы прочности сцепления футеровочных плиток с основа­ нием освещены в § 2 данной главы. В нем рассматривается влия­ ние трех групп факторов: характеристик раствора, динамики уса­ дочных явлений и условий твердения раствора, характеристик по­ верхностей сцепления. Изложение базируется в основном на ре­ зультатах экспериментальных исследований. выполненных А. М. Гиожелем и К. Д. Марковым [22, 24] в Донецком ПромстройНИИпроекте. Эти исследования не только подтвердили су­ щественное значение перечисленных факторов, но и позволили ко­ личественно оценить их влияние применительно к условиям экс­ плуатации угольных бункеров. В методическом же отношении эти полученные впервые данные и выводы должны представить изве­ стный интерес и в приложении в бункерным установкам для дру­ гих полезных ископаемых,

166

При рассмотрении вопроса о значении фактора усталостной прочности в качестве исходных приняты следующие положения. За границу выносливости футеровочиой плитки, приклеенной к ос­ нованию бункера, было принято максимальное значение энергии одного удара падающего куска угля (при заданных значениях ве­ са куска и высоты его падения), при котором плитка способна вы­ держивать практически бесконечное число повторных ударов, не разбиваясь и не отслаиваясь от основания. Наиболее рациональной конструкцией футеровки является такая, полное разрушение кото­ рой будет происходить не вследствие раскалывания плиток или от­ слоения их от основания, а по мере постепенного и равномерного изнашивания в течение всего расчетного периода эксплуатации фу­ теровки. В связи с этим признано целесообразным при выборе кон­ струкции плитчатой футеровки (т. е. типа и размеров плиток и способа их крепления к внутренним поверхностям бункера) рассчи­ тывать долговечность по времени изнашивания футеровки от удар­ ных и истирающих эксплуатационных воздействий. Для учета же. фактора выносливости необходимо соблюдение следующего обя­ зательного условия: время возникновения явлений усталости от ударов в плитке и подстилающем слое должно быть не меньше времени наступления полного их износа.

Величина границы выносливости футеровочных плиток зависит от свойств материала плиток, их геометрической формы и разме­ ров. Если футеровочная плитка приклеена к какой-либо конструк­ ции, граница выносливости повышается и при достаточно прочном сцеплении будет равна границе выносливости склеенной конструк­ ции в целом.

Характеристики, определяющие для каждого типа футеровки величину ударного воздействия, вызывающего ее разрушение вслед­ ствие возникновения явлений усталости, до последнего времени не были установлены. Поэтому было решено при выборе рацио­ нального типа футеровки заменить такую характеристику вели­ чиной, определяющей предел выносливости данного материала или изделия. При этом условие рационального выбора футеровки будет заключаться в том, чтобы максимальные напряжения, вызываемые в футеровке падающими кусками угля, не превышали напряжений, характеризующих предел выносливости данного вида футеровки.

Ударное воздействие, вызывающее разрушение футеровки вследствие возникновения явлений усталости, несколько больше ударного воздействия, определяющего предел выносливости той же футеровки. При выборе типа футеровки эта разница пойдет в за­ пас прочности.

По величине предела выносливости устанавливается, для ка­ ких ударных воздействий (вес кусков угля и высота их падения в бункер) можно применить данный футеровочиый материал с тем, чтобы не происходило раскалывания и отклеивания плиток. Дан­ ных, характеризующих выносливость футеровочных материалов и изделий, в печати не имелось, поэтому эти величины для некоторых

167

наиболее употребительных материалов пришлось определять экспе­ риментально в ходе исследований, послуживших основой для на­ стоящей книги. Изложению содержания и результатов этих экспе­ риментов посвящен в данной главе отдельный параграф.

В связи с необходимостью получения уравнений кривых уста­ лости в качестве расчетных зависимостей для определения удар­ ной стойкости и рациональных условий применения футеровок из штучных изделий было решено построить такие кривые, вос­ пользовавшись методикой, при­ мененной И. А. Рохлиным [53].

В цитируемом труде автор при­ вел результаты проведенного им исследования усталости керами­ ческих образцов при повторных ударах. Всего им было испыта­ но девять серий по 10 образцов в каждой. Образцы имели фор­ му кубиков размером 1X1X1 см. Грани кубиков были тщательно отшлифованы. Испытание про­ водилось на вертикальном копре с массой падающего груза 2 кг. Первоначальная высота подъема груза и величина прироста высо­ ты последующих ударов были приняты равными 1 см. Удар производился непосредственно бойком груза.

Кривая усталости, получен­ ная по данным испытаний первой партии керамических образцов, показана на рис. 89. На оси ординат отложена удельная работа одного удара v кгс/см2, а па оси абсцисс — количество ударов п до разрушения. Как видно из рисунка, кривая усталости мало отклонялась от средних значений экспериментальных точек.

Для вывода уравнений кривых усталости автором цитируемой работы были приняты следующие предпосылки. Граница выносли­ вости при повторном ударном сжатии (граница усталости), обозна­ ченная через Vo, определялась как удельная работа повторных уда­ ров, при которой образец выдерживает бесконечное число повтор­ ных ударов ие разрушаясь. Эту удельную работу можно было поэ­ тому рассматривать как работу, которая не принимает участия в разрушении керамического образца при ударе с каким угодно за­ пасом живой силы ударяющего груза.

Удельная работа, которую необходимо добавить к границе вы­ носливости, чтобы получить удельную (на единицу объема) работу разрушения v' керамического образца одним ударом, обозначена через а.

168

как раз и равнялась той работе, которую необходимо в дей­ ствительности затратить на единицу объема камня, чтобы его раз­ рушить одним ударом.

В соответствии с принятыми обозначениями, работа, действи­ тельно затраченная на то, чтобы разрушить камень посредством и ударов, будет, с одной стороны, равняться /i(v—vo), а с другой, согласно определению, будет равной а, поэтому п (v—vo)=a.

Из этого равенства получим уравнение кривой усталости при

Зная постоянные а и v0 этого уравнения, можно по каждой за­ данной величине удельной работы повторных ударов v определить число ударов а, необходимых для разрушения камня.

Постоянные уравнения усталости (58) были определены мето­ дом наименьших квадратов по результатам проведенных экспе­ риментов.

Уравнение гиперболической кривой усталости для керамичес­ ких образцов первой партии имело вид:

Граница выносливости для керамических образцов первой партии, таким образом, равнялась 1,35 кгс/см2, что составляло Ve удельной работы разрушения ударным сжатием при одном ударе.

Уравнения кривых такого же типа получены по результатам испытаний футеровочных плиток разных типов на усталость при повторных ударах.

2 . ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПРОЧНОСТЬ СЦЕПЛЕНИЯ ПЛИТОК

С ОСНОВАНИЕМ

Влияние характеристик раствора. Всего по выяснению влияния факторов данной группы А. М. Гиржелем и К. Д. Марковым было выполнено пять циклов экспериментов. Изучалось влияние на проч­ ность сцепления различных характеристик раствора: прочности на сжатие, подвижности раствора (оценивалась по погружению кону­ са СтройЦНИЛ,), крупности песка, состава раствора.

169

Каждым составом раствора приклеивали шесть плиток (три плитки для определения прочности сцепления при отрыве п три плитки для определения прочности сцепления при ударе) к бетон­ ным призмам размером ЗООхЗООхЮО мм, которые служили осно­ ванием. Призмы были изготовлены из бетона марки 200. Из каж­

устанавливали посередине плитки. Для центрирования удара па­ дающей гири в кольцевой бортик подставки вставляли стальной шарик диаметром 19 мм. Для нанесения ударов гирей по шари­ ку на бетонное основание устанавливали ручной переносный ко­

вмомент удара по шарику составлял 2,5 кг-м2/сек2.

Вкачестве количественной характеристики остаточной прочно­ сти сцепления бетонной плитки с цементно-песчаным раствором

170

принимали суммарную энергию падающей гири, которую необхо­ димо было затратить для отделения плитки от раствора. Величину этой энергии Wqопределяли из выражения

где п — число ударов гири по плитке, потребовавшееся для отделе­

Рис. 91. Схема для опреде­ ления прочности сцепления при нормальном отрыве:

Основным приспособлением к прибору ГПНВ-5 для определения прочности сцепления служила металлическая пластинка размером (в опытах) 100X100X16 мм (рис. 92). В центре ее было сделано отверстие с резьбой М-14, в которое ввинчивали нарезанный иа всю длину стержень длиной 46 мм. Лицевую сторону пластинки предварительно прострагивали. Этой стороной ее приклеивали к бетонной плитке. Перед приклеиванием поверхность бетонной плит­ ки зачищали шлифовальным камнем, сметали пыль, а затем про­

171