Гидроабразивная резка бетона: вода камень точит

Гидроабразивная резка – современная высокоавтоматизированная технология, позволяющая совершать процессы обработки камня, недостижимые обычным традиционным технологиям

Различные работы, связанные с демонтажем, прорезкой технологических отверстий, каналов и проемов в массиве бетона связаны, как правило,  с таким шумом и пылью, что, порой, связываться с такой работой хотят очень немногие. Понятно, перфоратор и отбойный молоток в руках умелого таджика, порой творят чудеса, но как быть, в том случае, если линия реза должна быть криволинейной с поворотами и острыми углами.

Как быть, если соседи – люди чрезвычайно нервные и остро реагирующие на малейший шорох, и просто склонные к написанию жалоб в различные высокие и не очень высокие инстанции.

Резка бетона традиционным механическим способом всегда была неблагодарной работой, требующей высокой физической отдачи и максимальной концентрации

Не отчаивайтесь. Мы живем в XXI веке – веке высоких технологий, и этот век прошлый подарил человечеству технологию, которая называется гидроабразивная резка бетона. Просим любить и жаловать.

Прорезание отверстий с помощью коронки и колонка несколько легче физически, но сопряжена с высоким уровнем шума и вибраций

Этапы большого и сложного пути

О том, что капля воды успешно камень точит, было известно давно. Суть вопроса заключалась во времени окончания процесса, который мог запросто растянуться на тысячелетия. Дело было за малым —  ускорить процесс, а с этим как-то долгое время не получалось.

Такой результат противостояние воды и камня в естественной среде имеет за несколько тысяч лет

Первые попытки теоретического обоснования процессов гидравлической резки были предприняты немецкими военными инженерами третьего рейха еще в преддверии Второй Мировой войны. Идея заключалась в разрывании молекулярных связей стали очень доступным материалом и при этом хорошо передающим энергию – обыкновенной водой.

Практическая реализация уперлась в невозможность при тогдашнем уровне технологий создания прецизионного насоса, реально выдающего на выходе необходимые параметры рабочей струи.

• Это на минуточку 4000 атмосфер давления и 1200 метров в секунду скорости потока. И сегодня выглядит внушительно, не правда ли? В общем, дело благополучно заглохло, и было поднято из архивной пыли советскими трофейными командами, активно охотившимися за технологическими секретами нацистской Германии в конце войны. После некоторой доработки, советские ученые в 1947 году объявляют об открытии инновационного способа резки материалов с помощью воды. Однако, учитывая отсутствие практических наработок, реализация проекта в действующей установке так же не состоялась.
• Слово предоставлялось американцам. И они его сказали. Первый действующий образец был использован для раскроя бревен большого диаметра. Установка работала, но была нестабильна.
• Дальше дело пошло несколько веселее, и режущая способность воды стала использоваться для раскроя композитов и жаропрочных материалов при броске в космос.
• Следующий шагом стало создание технологии гидроабразивной резки, когда к воде добавляли небольшое количество абразива, что ускоряло скорость протекания процесса в десятки раз. Через год с момента создания действующей универсальной установки, уже в 1980-ом технология вышла на рынок и стала широко использоваться для резки металла, бетона и стекла.

Гидроабразивная резка давно и успешно работает по таким деликатным и хрупким материалам, как, например, стекло, на представленном фото

Специализированная установка, созданная для гидроабразивной резки бетона, была успешно опробована в 1974 году, когда было необходимо создать технологическое отверстие в несущей железобетонной конструкции здания вычислительного центра, специфика которого не допускала проведение работ с высокими вибрационными нагрузками.

Конструкция и её сердце

Классическая установка, в которой применена технология — резка бетона гидроабразивная, состоит из:

• Насоса высокого давления состоящего из прецизионных плунжерных пар, которые сжимают воду до высоких показателей и придают ей устойчивый динамический импульс. Необходимо отметить, что плунжерный насос бывает двух типов: прямого действия и редуцированный. В отличие от насоса прямого действия редуцированный имеет магистральный канал, меньшего сечения, чем рабочая камера, что дает увеличение показателей давления и скорости протока на 25% более высоких по сравнению с прямоточниками.

Плунжерный насос высокого давления – сердце любой, даже самой бюджетной и простой системы гидроабразивной резки бетона

• Миксерная магистраль, состоящая из высокопрочных трубок диаметром до 10 мм и длинной до 100 мм, в которых происходит смешивание абразива с водой и разгон его до рабочих скоростей. При этом соотношение внешнего диаметра к внутреннему может колебаться в определенных пределах, в зависимости от модуля крупности зерна применяемого абразива. Миксерная труба является расходным материалом, и срок ее службы составляет от нескольких часов до двухсот.
• Подводящей арматуры и магистральной системой коммуникаторов.
• Емкости для абразива.
• Элементов группы безопасности.
• Рабочего сопла различного диаметра, напрямую зависящего от вида выполняемых работ.

Принципиальная схема работы плунжерного насоса напоминает работу такового в бытовых аппаратах, предназначенных для мойки под высоким давлением

Принципиальная схема устройства рабочей части установки гидроабразивной резки

Применение гидроабразивной резки и ее особенности

Мощные современные установки в состоянии прорезать массив бетона толщиной порядка 1000 мм, при этом такой метод имеет целый ряд преимуществ, которых не имеют традиционные способы:

1. Отсутствие вредной пыли, которая массово выделяется при механической резке, и борьба с которой при традиционных способах воздействия на бетон требует применения дополнительных мероприятий по пылеподавлению, например, орошения.
2. Гораздо более низкий уровень шума.
3. Отсутствие вибраций и явных динамических колебаний, что очень важно при проведении деликатных работ в помещениях с особыми условиями.
4. Возможность проведения криволинейного реза, реза под обратным острым углом, радиусного реза с малым шагом, что в большинстве способов традиционной резки трудноосуществимо или сопряжено с дополнительными операциями, затратными и по расходу инструмента и по трудозатратам оператора.
5. Носителем энергии является вода, и в большинстве случаев — фракционированный обогащенный кварцевый песок, что менее затратно по сравнению с применение кругов, коронок, фрез из твердого сплава, композита и рабочих поверхностей с алмазным напылением.
6. Вода и абразив являются экологичными материалами, не требующими применения особых мер по их утилизации по факту отработки операции.
7. Оператор установки работает в более комфортных условиях по сравнению с традиционными технологиями.
8. Установки гидроабразивной резки могут выполняться и в мобильном и в стационарном варианте, легко оцифровываются в трехмерной системе координат и могут использоваться как станки для изготовления сложных объемных изделий из бетона различного назначения.
9. Может применяться под водой, при работе, связанных с устранением аварийных ситуаций на инженерных коммуникациях.
10. Дают чистый, хорошо сопрягаемый рез.

Стационарная установка гидроабразивной резки, оснащенная системой числового программного управления – сложная, и в то же время потрясающе эффективная система

Бетон клином расшибают

Несколько отличным от гидроабразивной резки бетона является технология, при которой используется гидроклин для разрушения бетона. Причем отличия двух технологий весьма существенны. Примерно, как отличается топор мясника от скальпеля хирурга. И гидроклин для бетона выступает именно в роли топора.

Набор гидроклинов, размещенный на массиве литого бетона, медленно, но неотвратимо делает свою работу, без суеты, шума и пыли

В чем суть. При необходимости разрушения больших объемов монолитного бетона с минимальными вибрационными нагрузками и минимизацией возможности разлета вторичных фрагментов от демонтируемой конструкции, в массиве бетона с помощью алмазных коронок происходит забуривание шпуров диаметром примерно 160-180 мм.

В подготовленные отверстия вставляются рабочие цилиндры гидроклина, и подается давление, в результате чего происходит раскалывание массива на коржи – отдельные элементы, которые либо грузятся в транспорт, либо разделываются на месте с помощью ручного малогабаритного инструмента.

Боец невидимого фронта гидроклин, во всей свей скромной красе

Как работает

Работа технологии основана на слабой устойчивости массы бетона на разрыв. Бетон хорошо переносит высокие статические нагрузки, однако острые, локальные, динамические, интенсивно приложенные на отдельном участке, часто для него критичны, и ведут к деформации и разрушению массива на различной величины фрагменты.

По сути своей, гидроклин — это гидроцилиндр, быстроходный шток которого перемещает на коротком плече рабочий механизм в виде клина установленной формы, выполненный из высокопрочной легированной стали.

В целом такая система состоит из:

• Гидроцилиндра с рабочим органом.
• Маслостанции высокого давления.
• Рабочих магистралей, выполненных в виде рукавов высокого давления.
• Системы коммуникаторов, выполненных либо в виде быстросъемов, либо по классической системе штуцер-гайка.
• Системы контроля и безопасности.

Маслостанция, как гидросиловая установка, генерирует необходимое количество энергии, которая по гидравлической магистрали передается на рабочий орган и совершает необходимую работу

Необходимо отметить, что описанная технология отличается высокой мобильностью, транспортабельностью и простотой обслуживания. В целом, при условии правильной эксплуатации гидроклиновые деструкторы надежны и долговечны.

Важно! Еще одним отличием от технологии гидроабразивной резки и применением гидроклина выступает то обстоятельство, что носителем энергии выступает не вода с примесью твердых частиц – абразива, а специальное гидравлическое масло. Причем, оно не является исключительно носителем, рабочим элементом выступает стальной клин, которому масло лишь передает полученную энергию.

Гидроклин, вещь для разрушения бетона очень удобная, а в ряде случаев, где важны мобильность, вес и габариты — порой, незаменимая. Однако как быть, когда массив железобетона нашпигован арматурой, словно арбуз семечками. В таком случае на помощь придут гидроножницы.

Ножницы, но не портновские

Как правило, ножницы в бытовом восприятии обязательно ассоциируются с разрезанием ткани, бумаги, кожи  и иных материалов, не отличающихся особой прочностью. А как вам вариант под названием гидроножницы для железобетона? Поверьте, есть и такие.

Гидроножницы всем своим агрессивным видом и неприкрытой мощью здорово напоминают ископаемого ящера — тиранозавра

Крашер и кранчер: братья, но не близнецы

Гидроножницы — это один из многочисленных инструментов, которыми комплектуются экскаваторы, как правило, гусеничные. Рабочий механизм выполнен в виде пары щек из высоколегированной инструментальной стали, которые перемещаются по заданному алгоритму с помощью штоков гидроцилиндров, запитанных от штатной гидросистемы высокого давления.

Гидроножницы у серьезных производителей смонтированы на ротаторной головке, что позволяет вращать рабочий орган вокруг своей оси.

Гидравлический ротатор – крайне полезная штука, позволяющая ножницам не только поворачиваться относительно оси, но и вращаться вокруг нее

Гидроножницы являются быстросъемным механизмом и современные модели сконструированы и выполнены таким образом, что устанавливаются и снимаются одним человеком – оператором экскаватора, причем, непосредственно своими руками он соединяет лишь коннекторы гидросистемы.

Инструкция для работы оператора составлена таким образом, что повторяет рабочие алгоритмы движения стрелы и ковша экскаватора при основных и самых распространенных работах и поэтому легко осваивается экскаваторщиками даже низкой квалификации, которые составляют основную массу на отечественном рынке труда.

Защита кабины экскаватора, оснащенного гидроножницами вещь абсолютно необходимая для защиты не только остекления, но и самого оператора от фрагментов разрушаемого бетона

Стоимость таких систем высока, в первую очередь потому, что эффективные механизмы изготавливаются исключительно американскими, европейскими и японскими производителями. Китайские и отечественные разработки крайне неэффективны и недолговечны, и, по сути своей, являются низкокачественными копиями заслуженных брендов.

Для грубого разрушения железобетонных конструкций используется крашер — его рабочий орган имеет более массивные и крупные зубья и более объемные полости захвата.

Шведы выпустили экскаватор, спроектированный специально для работы по демонтажу крупных сооружений, оснащенный не только сверхдлинной стрелой, но и подъемной кабиной

Для измельчения демонтированных фрагментов бетона используется кранчер. После обработки кусков бетона его челюстями полученную массу можно использовать в качестве бетонного щебня при организации подушек, обустройства временных дорог, отсыпки площадок и прочих мероприятий.

Получаемый таким образом вторичный щебень имеет удобную для клинцевания щебневых подушек фракцию 40-70 мм

Подробнее ознакомиться с основами гидроабразивной резки бетона, примерами демонтажа бетонных конструкций с применением гидроклина и гидроножниц,  можно просмотрев видео в этой статье.

Заключение

В заключение представленного материала хочется резюмировать следующее.

Современные технологии резки и обработки бетона, в частности, такая как резка бетона гидроабразивная, дают отличные результаты как по скорости проведения, так и по качеству выполняемых работ. Однако применение таких систем видится исключительно в коммерческом образе.

Это связано, прежде всего, со стоимостью стартового комплекта оборудования, использованию расходных материалов, первоначальному обучению и приобретению устойчивых практических навыков, что в сугубо бытовой среде весьма и весьма затратно и, в конечном итоге, крайне нерентабельно.

При возникновении объективной необходимости применения таких технологий в системе малых объемов индивидуального строительства и ремонта, выходом может служить привлечение сторонних специализированных организаций.

Организация бизнеса, основанного на предоставлении такого рода услуг, видится с хорошими перспективами при обязательном наличии устойчивого спроса в конкретном регионе. Похожая ситуация вырисовывается и с системами демонтажа бетона на основе гидроклина.

В быту основным инструментом резки бетона остается старая добрая болгарка, оснащенная кустарными приспособлениями элементарного пылеудаления

Гидроножницы вообще стоят особняком, поскольку являются не самостоятельным инструментом, а неотъемлемой частью системы навеска-экскаватор, цена которой составляет не одну сотню тысяч конвертируемой валюты. Приобретение, эксплуатация и обслуживание такого оборудования по силам лишь серьезным организациям с устойчивыми позитивными финансовыми показателями.

На этом все, что в теории нужно знать о том, что представляет собой резка бетона гидроабразивная. Материал хоть и малоприменим в практике, однако очень интересен.