Пробное инъектирование компаунда под высоким давлением в трещины

Скачать статью

Работы проводились поэтапно по следующему плану:

  1. Опробование работоспособности перемешивающего устройства для высоковязких жидкостей фирмы “Mixing”.
  2. Опробование заливочного компаунда.
  3. Опробование работоспособности насоса высокого давления “Premier-80” фирмы “Graco”.
  4. Проведение инъектирования.

Опробование оборудования и заливочного компаунда

Перед проведением работ по опробованию оборудования было произведено ознакомление с документацией и его конструкцией. Особенно это касалось насоса высокого давления “Premier-80” фирмы “Graco”, т.к. отсутствовал опыт работы с данной установкой. Анализ позволил произвести подключение установок к энергосетям, а также скорректировать их конструкцию применительно к процессу инъектирования полимерного компаунда.

В частности с насосов высокого давления был демонтирован блок выходных фильтров тонкой очистки, использующийся только при окрасочных работах методом безвоздушного распыления. Один из трех насосов модернизирован для перекачки высоковязких материалов: он установлен в горизонтальном положении, изготовлена и смонтирована приемная воронка, изготовлена и смонтирована система охлаждения цилиндра и приемного патрубка.

Опробование работоспособности насоса высокого давления

Проведено опробование работоспособности насоса высокого давления марки «Premier-80″ на следующих материалах:

  1. Масло турбинное.
  2. Смазка ЦИАТИМ-221.
  3. Растворитель (ацетон, бутанол, ксилол).
  4. Компаунд КДС-173 без отвердителя.

Испытания проводились при температуре воздуха +100С. В результате испытания установлено:

  1. Установка работоспособна при работе на масле, растворителе и смазке ЦИАТИМ-221.
  2. Она не всасывает высоковязкий компаунд непосредственно из транспортной емкости, что обусловлено его высокой вязкостью.
  3. Модернизированная установка работоспособна на высоковязком компаунде, обеспечивая расход от 8 до 16 л/мин. при давлении до 510 бар.

Проведение опытной инъекции

Опытная инъекция проводилась в трещину, наполненную водой, с раскрытием на поверхности 5 см и длиной 50 см в бетонном блоке размерами 1х1х1 м (см. рисунок 1) При инъекции опробовались экстремальные режимы работы оборудования. Давление на выходе насоса высокого давления достигало 200 бар.

Инъекция была прекращена после заполнения трещины. Характер излияния компаунда КДС-173 из наполненной трещины – в виде непрерывной струи или очень крупных капель, объемом 10 ÷ 100 мл, указывает на полную несмешиваемость с водой всех его компонентов.

Это явление положительно отличает его от использовавшегося ранее для аналогичных целей материала “Rodur”, отвердителем которого служит раствор гексаметилендиамина в этиловом спирте, растворимый в воде. Очевидно, что растворимость в воде отвердителя заметно ухудшает физико-механические свойства отвержденного в воде компаунда и существенно загрязняет воду токсичным отвердителем.

Компаунд КДС-173 лишен этих недостатков, поэтому он имеет более высокие прочностные и адгезионные свойства, а также экологическую чистоту.

Контроль качества восстановления монолитности блока

Для контроля качества восстановления бетонного блока композитом КС-1 использовали акустико-эмиссионный метод до, и после заделки трещины. Эксперименты по нагружению образцов проводились в условиях одноосного сжатия при нагрузке 30 МПа, что составляет 75% прочности на сжатие бетонного образца с ненарушенной структурой. После экспериментов по нагружению поврежденных образцов производилась заделка видимых трещин композитом КС-1 и проводились повторные испытания при той же нагрузке.

Для контроля использовалась автоматизированная многоканальная система акустико-эмиссионного диагностирования СДАЭ‑8.

Система акустико-эмиссионного диагностирования СДАЭ-8

Система состоит из преобразователей, подключенных к предусилителям акустико-эмиссионных (АЭ) сигналов акустико-эмиссионной системы, присоединенной к компьютеру IBM PC AT, в который введена программа сбора и обработки информации.

Общий вид системы СДАЭ-8 представлен на рисунке 2.

Основные технические характеристики СДАЭ-8:

Система предназначена для оперативного контроля технического состояния материала сосудов, работающих под давлением, технологического оборудования, технологических трубопроводов, элементов конструкций и других объектов опасных производств, путем регистрации, обработки и хранения информации об источниках АЭ.

1. Основные технические данные СДАЭ-8:

Количество независимых информационных каналов регистрации сигналов акустической эмиссии – 8.

Рабочий диапазон частот (высокочастотный вариант) – от 100 кГц до 1000 кГц; (низкочастотный вариант)- от 10 кГц до 50 кГц.

Величина затухания сигнала вне рабочего диапазона — 30дБ/октаву.

Уровень шумов, приведенный к входу предварительного усилителя (ПУ) не более 5 мкВ.

Коэффициент усиления ПУ — (34±1) дБ.

Динамический диапазон ПУ – не менее 70 дБ.

Диапазон изменения программируемого коэффициента усиления основного усилителя – минус 10 – плюс 30 дБ с шагом 1 дБ.

Количество каналов тестирования прибора – 1.

Количество излучателей имитационных сигналов АЭ – 1.

Количество каналов регистрации внешних параметров – 2.

Тип кабеля линии связи ПУ с блоком анализа (БА) – РК 50.

Длина кабеля связи – 80 м.

Средство накопления и обработки информации – компьютер IBM PC AT («Notebook»).

Канал связи БА с компьютером – RS 232.

Время установления рабочего режима – не более 30 мин.

Потребляемая мощность – не более 50 Вт.

Габаритные размеры прибора (исключая компьютер) – 450х130х360.

Масса прибора (исключая компьютер, ПУ и линии связи) – 10 кг.

2. Рабочие условия эксплуатации СДАЭ-8:

а) Предварительный усилитель и имитатор сигнала:

  • температура окружающей среды – от минус 10 до +50 °С;
  • атмосферное давление – от 95 до 110 кПа (от 712,5 до 825 мм. рт. ст.);
  • относительная влажность воздуха — до 100 %.

б) Рабочие условия эксплуатации блока анализа:

  • температура окружающей среды — от +5 до +40 °С;
  • атмосферное давление — от 95 до 110 кПа (от 712,5 до 825 мм рт. ст.);
  • относительная влажность воздуха — до 95 %.
  • в) Нормальные условия эксплуатации блоков:
  • температура окружающего воздуха — (20 ± 5)°С;
  • атмосферное давление — (100 ± 4) кПа ((750 ± 30) мм. рт. ст.);
  • относительная влажность воздуха — (65 ± 15) %.

3. Тип, число, основные характеристики ПАЭ:

  • тип ПАЭ – П-113- (0,2-0,5, дифференциальный);
  • число ПАЭ – 8.

4. Система СДАЭ-8 обеспечивает определение следующих параметров акустико-эмиссионных сигналов и других параметров, характеризующих АЭ, накапливаемых в процессе контроля:

  • амплитуда огибающей сигнала;
  • число выбросов в сигнале;
  • длительность сигнала;
  • длительность нарастания огибающей сигнала;
  • время регистрации данного сигнала;
  • разность времен прихода сигналов на преобразователи;
  • значение физического параметра, описывающего состояние объекта (давление, температура и т.п.).

При проведении измерений в компьютере формируется база данных (БД), представляющая собой хронологическую последовательность параметров сигналов АЭ. Каждый сигнал характеризуется временем излучения, 3 координатами гипоцентра и амплитудой (А), приведенной к референс-сфере радиусом 10 мм.

Регистрация акустической эмиссии (АЭ) осуществлялась по 6 каналам. Благодаря этому точность определения координат гипоцентров источников АЭ составила 3 мм. Временное разрешение регистрирующей системы составляло 10-4 с.

Результаты измерения акустической эмиссии

В таблице 1 представлены величины средних амплитуд АЭ сигнала для пяти бетонных блоков до и после заделки трещины.

На рисунке 3 представлены фрагменты временных зависимостей амплитуды нагруженного образца с трещиной до (рисунок 3а) и после заделки трещины (рисунок 3б). Видно, что при одинаковой осевой нагрузке после заделки число и амплитуда сигналов АЭ резко уменьша- ются. Средние амплитуды сигналов АЭ для образца с трещиной до ее заделки составляют 60 мкВ, а после  12 мкВ. Известно, что амплитуда сигналов АЭ приблизительно пропорцио- нальна размеру микротрещин [1]. Т.о. после заделки размеры микротрещин, образующихся в блоке уменьшаются примерно в 5 раз.

Известно, что акустический метод позволяет зарегистрировать только образование трещин с линейными размерами в несколько десятков мкм. Такие микротрещины образуются в голове крупных макротрещин. Измеряя время прихода сигналов АЭ на приемники, можно определить положение «головы трещины». На рисунке 4 показано положение микротрещин, эмитирующих акустические сигналы в блоке нагруженного гранита.

Выводы

 

Проведено опробование и модернизация оборудования для инъектирования компаунда в трещины.

Проведено инъектирование компаунда в трещину в гранитном блоке.

С использованием акустической эмиссии выполнен контроль качества восстановления монолитности гранитного блока после инъектирования компаунда в трещину.

 

Список использованных источников

 

  1. Ю.Е.Нефедьев, В.А. Волков, С.В. Кудряшов, А.И. Ляшков, В.Н. Савельев. Дефектоскопия. 1986, № 3, с. 41.
  2. Zwicky F, Phys. Zs., 1923, 24, 131.
  3. Born M., Mayer L., Zs. Phys., 1932, 75, 512.
  4. Кобеко П.П., Аморфные вещества, М.: Изд-во АН СССР, 1952.
  5. Griffith А.А. Trans. Roy. Soc. L., 1920, (A), 227, 763.
  6. Иоффе А.Ф., Кирпичева Н.В., Левитская М.А., Журнал Русск. Физ. Хим. Общества, 1924, 56, 489.
  7. Журков С.Н., Изв. АН СССР (Неорганические материалы), 1967, 3, 1767.
  8. Журков С.Н., Вести АН СССР, 1968, 3, 46.
  9. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е., УФН, 1972, 106, 2.
  10. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е., Кинетическая природа прочности твердых тел, М.: Наука, 1974.
  11. Петров В.А., Башкарев А.Я., Веттегрень В.И. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов. СПб.: Политехника, (1993) 475 с.
  12. Степанов В.А., Песчанская Н.Н., Шпейзман В.В. Прочность и релаксационные явления в твердых телах, Л.: Наука, 1984.
  13. Песчанская Н.Н., Степанов В.А. Механика полимеров, 1974, 6, 1003.
  14. Бетехтин В.И., Петров А.И., Савельев В.Н. Физика металлов и металловедение, 1974, 38, 4, 834.
  15. Петров А.И., Бетехтин В.И. Физика металлов и металловедение, 1972, 34, 1, 39.
  16. Vettegren V.I., Novak I.I., Friedland K.J., Intern. J. Fracture, 1975, 11, 8, 789.
  17. Thiessen P.A., Meier K, Heinicke G., Grundlagen der Tribochemie, Berlin: Akademie Verlag, 1967.
  18. Zakrevskii V.A., Shuldiner A.V. Phil. Magazine B, 1995, 71, 127.
  19. Тохметов А.Т., Веттегрень В.И., ФТТ, 1990, 32, 1, 33.
  20. Абрамова К.Б., Щербaков И.П., Русанов A.И. ЖТФ, 1999, Т. 69, вып.2 с.137.
  21. Поздняков О.Ф., Регель В.Р., Механоэмиссия и механохимия твердых тел, Фрунзе: Изд. «Илим», 1974, 207.
  22. Бутягин П.Ю., Дубинская А.М., Радциг В.А. Успехи химии. 1969. т.38, в. 1, с. 593-623.
  23. Журков С.Н., Новак И.И., Веттегрень В.И., Докл. АН СССР, 157, 6, 1431.
  24. Велиев С.И., Веттегрень В.И., Новак И.И., Механика полимеров, 1970, 3, 433.
  25. Велиев С.И., Корсуков В.Е., Веттегрень В.И., Шалаева Л.Ф., Новак И.И., Механика полимеров, 1971, 3, 387.
  26. Новиков И.И., Дефекты кристаллического строения металлов, М.: Металлургия, 1975.
  27. Гражулис В.А., Осипьян Ю.А., ЖЭТФ, 1970, 58, 1251.
  28. Гражулис В.А., Осипьян Ю.А., ЖЭТФ, 1971, 60, 1150.
  29. Веттегрень В.И., Кузьминов Е.Г., Баптизманский В.В., Новак И.И., ФТТ, 1973, 15, 4, 1136.
  30. B.L. Lavenda. Statistical Physics. A Probabilistc Approach. J. Wiley & Sons, Inc., N.Y. (1997).
  31. Фрейдин А.С. Прочность и долговечность клеевых соединений. М.: Химия, (1971) 256 с.
  32. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия. (1969) 319 с.
  33. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. Пер. с англ. Ред. А.А. Гусев. М.: Наука. 1978, 792 с.
  34. Smith A.L. Applied Infrared Spectroscopy, J. Willey a. Sons: New York. 1979, 328 p.
  35. Bronnikov S.V., Vettegren V.I., Frenkel S. Y. Adv. Polymer Sci. V. 125, 1998.
  36. Веттегрень В.И., Бронников С.В., Иброгимов И.И. Высокомол. Соед. (А), 1994, 36, 1331.
  37. Веттегрень В.И., Бронников С.В., Иброгимов И.И. Высокомол. соед. 1994, т. 36, с. 1294.
  38. Г.М. Бартенев. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химия. 1984. 280 с.

Другие статьи

13 Фев

Восстановление отечественного производства эффективного отвердителя «ДИАМЕТ Х» (3,3`-дихлор-4,4`-диаминодифенилметан) для уретановых и эпоксидных композиций специального назначения

Статья опубликована в журнале «Композитный мир» 2018 г., № 2

Л. М. Лелькова1, В. Г. Барышев1, В. А. Сытов2, В. В. Сытов2, М. А. Алексеев2

Читать далее
13 Фев

Применение эпоксикаучуковых клеев для изготовления подшипников скольжения из антифрикционных углепластиков

Подшипники скольжения служат опорами для валов и вращающихся осей. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и сохраняют заданное положение оси вращения вала

Читать далее
13 Фев

О применении эпоксидных компаундов для инъекционного подавления фильтрации водонасыщенного объектов, гидроизоляции и изготовления полимерных полов

В практике эксплуатации высоких бетонных плотин может возникать увеличивающаяся во времени фильтрация как через тело плотины, так и через скальное основание под верховой гранью плотины.

Читать далее