Для разрушения материалов разбираемых строительных конструкций широко применяются или находятся в стадии разработки и испытания средства разрушения, которые можно классифицировать по виду энергии, воздействующей на материал разрушаемых конструкций, и приложению разрушающих сил. По виду энергии способы разрушения делятся на механические, термические и взрывные, по приложению сил — на контактные и шпуровые средства (табл. ел).
Контактные средства. Основными недостатками контактных средств разрушения в условиях реконструкции являются большой разлет осколков разрушенного материала, а также значительные габариты установок. По этой же причине ограниченно применяются шпуровые заряды гидровзрыв и другие шпуровые взрывчатые средства на основе взрывчатых веществ. Однако при разрушении ряда конструкций, например фундаментов, можно организовать рабочую зону разрушения (на свободных площадках, в цехах, из которых выведено действующее производство или возможна остановка, отключение или защита действующего оборудования). В этих условиях целесообразно применение таких высокопроизводительных контактных средств разрушения, как гидро- и пневмомолот, взрывогенератор, накладные и кумулятивные заряды.
Шпуровые средства. Преимуществами «шпуровых средств являются относительно малый разлет осколков разрушаемого материала, бесшумность, простота конструкции, надежность в работе, возможность расположения установок разрушения на расстоянии до 30 м от рабочего органа, что позволяет применять их в особо стесненных условиях реконструкции. Недостаток шпуровых средств — необходимость производства трудоемких работ по бурению шпуров.
При разрушении шпуровыми средствами железобетонный массив (например, фундамент) разбивается в плане на технологические захватки или участки разрушения, размеры которых зависят от разрушающей силы применяемых средств и способа уборки разрушенного бетона. Последовательность разрушения по захваткам, а также расстояние между шпурами зависят от числа поверхностей фундамента, освобожденных от земли и примыкающих конструкций, т. е. от свободных поверхностей фундамента (рис. 6.3).
При количестве свободных поверхностей менее трех нецелесообразно производить работы по разрушению фундаментов без освобождения дополнительных свободных поверхностей. Так, разрушение материала фундамента на захватке I обеспечивает образование третьей свободной поверхности на границе с захваткой II и следующими захватками и так далее по ходу разрушения (рис. 6.3, б).
Расстояния между шпурами, которые бурятся по границам захваток, при четырех свободных поверхностях составляют 0,3…0,4 м для бетонных и 0,25…0,3 м для железобетонных фундаментов, при трех свободных поверхностях — соответственно 0,15…0,4 м и 0,12…0,3 м.
При толщине более 1 м фундамент разбивается на вертикальные слои, высота которых для шпуровых средств принимается 0,5…0,8 м.
При разрушении фундамента шпуровыми средствами на первой захватке откалываемая часть обычно имеет форму куба или прямоугольного параллелепипеда. На последующих захватках бетон откалывается по наклонной плоскости,
причем на каждом последующем отколе уменьшается угол откола частей фундамента. При угле откола менее 60° необходимо бурить дополнительные шпуры, перпендикулярные к плоскости откола, и разрушать бетон, откалывая небольшие куски до получения взаимно перпендикулярных плоскостей откола.
Механический способ. Ручные пневмо- и электромашины применяют при обрушении монолитных бетонных, железобетонных и кирпичных сводчатых покрытий, а также при разрушении монолитных бетонных конструкций небольшого объема. Этот способ является трудоемким и дорогим, поэтому его можно применять только при небольшом объеме работ.
Другие разновидности механического способа разрушения конструкций применяют для разрушения сводчатых кирпичных, бетонных и железобетонных перекрытий (с применением клин-молотов на экскаваторе, кране), для разрушения кирпичных стен и перегородок (с применением шар-молота), разрушения бетонных оснований (автобетоноломы, рыхлители ударного действия, гидро- и пневмомолоты от гидравлических экскаваторов), бетонных и кирпичных конструкций (гидро- и пневмомолоты, гидравлические раскалыватели).
Механический и термический способы применяют для разделения конструкций (при их разборке) и устройстве проемов и отверстий в различных конструкциях: механическое сверление, бурение и резка (с использованием ручных сверлильных машин с твердосплавными и алмазными кольцевыми сверлами, сверлильных станков с алмазными кольцевыми сверлами, буровых установок и перфораторов, машин и станков с алмазными отрезными дисками, гидравлического навесного оборудования и установок для срезки голов свай, электрических бороздоделов); газокислородная резка и термическая резка (кислородное копье, газоструйное порошково-кислородное копье, порошково-кислородный резак, реактивно-струйная горелка, термобур); электродуговая, плазменная и лазерная резка (установки электродугового плавления, плазменной и лазерной резки), гидроструйная резка (установки гидроструйного действия).
Взрывной способ при реконструкции промышленных зданий применяется для разрушения или дробления каменных, бетонных и железобетонных конструкций, обрушения старых зданий и сооружений на их основание или в заданном направлении. Взрывной способ может быть также использован при разрушении металлических и железобетонных конструкций на более мелкие части, удобные для перемещения.
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 ( например, фундамента).
В настоящее время для разрушения строительных конструкций 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/мии, 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.
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.
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.
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.
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 (табл. 6.2) и сроки выполнения работ, однако эффективность применения того или иного способа существенно зависит также от выхода годных к повторному использованию материалов.