張仁英

筒倉側(cè)卸料口內(nèi)壁磨損分析與處理

張仁英

1　前言

隨著鋼筋混凝土儲(chǔ)存庫的大量建設(shè)，工程現(xiàn)場經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土筒倉內(nèi)壁不同位置有明顯的磨損差異，尤其是筒倉側(cè)壁卸料口內(nèi)側(cè)局部區(qū)域被劇烈磨蝕，鋼筋不同程度外露，甚至有倉壁大片掉落缺損和鋼筋掉落的情況，這給筒倉結(jié)構(gòu)的正常使用和工廠安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重事故隱患。最近幾年，此類磨損問題愈來愈多、愈來愈嚴(yán)重，參見庫內(nèi)壁磨損照片（圖1）。

圖1　庫內(nèi)壁磨損照片

嚴(yán)重磨蝕損害主要發(fā)生于粗顆粒狀物料儲(chǔ)庫，如：石灰石散裝庫、水泥熟料散裝庫、粗粒狀混合材散裝庫等。

2　庫內(nèi)壁磨損特征及機(jī)理

如圖2所示，物料流體呈管錐狀。實(shí)際工程表明，卸料口料流對庫內(nèi)壁的劇烈磨損局域邊界線是由物料內(nèi)摩擦角決定的，劇烈磨損局域以卸料底口為中心呈“扇形”分布，上部邊界高度一般為料口向上2.5～3m。庫內(nèi)壁劇烈磨損局域外的廣大范圍均表現(xiàn)為輕微磨損。

通常磨粒磨損表達(dá)式為：

式中：

圖2　卸料口庫壁內(nèi)側(cè)磨損局域展開圖

表1　儲(chǔ)料的內(nèi)摩擦角

Ks——物料磨損系數(shù)（與磨粒硬度、形狀和起切削作用的磨粒數(shù)量等因素有關(guān)）

m——沖蝕磨粒的質(zhì)量

υ——磨粒的沖蝕速度

α——磨粒的沖擊角

P——材料的流動(dòng)應(yīng)力

式（1）表明了卸料流速度υ和料粒的質(zhì)量m與其對庫壁的磨損量Q成正比，與物料的流動(dòng)應(yīng)力P成反比，與料粒的啃噬角成一定的函數(shù)關(guān)系。接觸庫壁邊的管錐狀料流愈接近出料口，涌料流速υ愈大，充分說明其是形成劇烈磨損區(qū)磨損特征的重要因素。

劇烈磨損區(qū)域的早期磨損隨著時(shí)間的持續(xù)，很快發(fā)展為中期磨損，即磨損量累積階段；當(dāng)磨蝕發(fā)展露出庫壁環(huán)向鋼筋，尤其露出環(huán)向鋼筋搭接部位時(shí)，表明開始進(jìn)入后期破壞階段，此階段的表現(xiàn)是料流裹拽鋼筋直至撕脫混凝土保護(hù)層，逐漸持續(xù)發(fā)展增大撕拽拉扯鋼筋力度，從而擴(kuò)大損害面積，直至內(nèi)壁鋼筋被拉脫掉落。

3　磨蝕損壞的對策分析

為了提高庫壁的使用壽命，確定采取耐磨內(nèi)襯措施延長庫壁劇烈磨損局域的“中期磨損階段”，至少不能出現(xiàn)因磨損而露出鋼筋的狀況。

損害破壞鋼筋的程度與現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)和檢查時(shí)間早晚有關(guān)。通常卸料口處先發(fā)現(xiàn)有掉落混凝土碎塊和掉落鋼筋影響卸料，而后將庫內(nèi)儲(chǔ)料卸空才能觀察清楚庫內(nèi)壁磨蝕損害全貌。

確切地說，早期磨損對庫壁使用的安全性影響不大，中期磨損持續(xù)時(shí)間較長，后期的破損對庫壁使用的安全性影響極其嚴(yán)重（見圖3）。原庫體設(shè)計(jì)承載能力基本條件改變（庫壁厚度、水平受拉鋼筋使用量），庫壁抗裂理論設(shè)計(jì)分析計(jì)算的最小條件，即最大裂縫寬度允許值0.2mm不能滿足時(shí)，必須及時(shí)處理，消除危害。

圖3　磨損過程發(fā)展圖

4　內(nèi)襯處理與磨損修補(bǔ)處理方法

工程實(shí)踐表明，新建工程應(yīng)在劇烈磨損區(qū)設(shè)置防磨損襯護(hù)，輕微磨損區(qū)可以采用增加混凝土保護(hù)層方法解決。對于已建成工程，針對具體的磨蝕及損害情況，應(yīng)首先恢復(fù)原設(shè)計(jì)的鋼筋配置和混凝土庫壁厚度，建議采取現(xiàn)場噴射混凝土施工方法處理。注意施工前必須清除松動(dòng)碎渣和浮塵，在新老混凝土結(jié)合面涂刷A級界面膠（技術(shù)要求詳見文獻(xiàn)［3］）。

防磨損襯護(hù)一般有以下兩種方法（見表2）：

第一種方法：混凝土壁上預(yù)埋條形鋼件，其后“扇形”范圍鋪設(shè)鋼軌或型鋼（間距取200～250mm）。

第二種方法：混凝土壁上預(yù)埋條形鋼件，其后“扇形”范圍設(shè)置鋼襯板，分塊鋼板間對口拼接（見圖4）。

圖4　卸料口庫壁內(nèi)側(cè)襯護(hù)展開圖

已經(jīng)建成的筒倉，由于襯護(hù)要預(yù)埋條形鋼件，故要求其錨筋在施工現(xiàn)場采用”植筋”工法解決。

5　結(jié)語

（1）庫壁側(cè)向卸料帶來的局部劇烈磨損，對鋼筋混凝土筒倉結(jié)構(gòu)安全性有很大影響，尤其磨損的惡性發(fā)展很危險(xiǎn)（撕脫混凝土保護(hù)層、內(nèi)壁環(huán)向鋼筋被拉脫甚至掉落）。筒倉使用方應(yīng)高度重視安全檢查和防護(hù)措施維護(hù)及時(shí)處理。

（2）對側(cè)向卸料情況，不同部位應(yīng)采用不同的耐磨處理方法。

（3）磨蝕及損壞的庫內(nèi)壁混凝土的修補(bǔ)，建議采用噴射混凝土施工方法。其他施工方法慎重采用。

（4）為了保證安全，筒倉使用方在卸料中應(yīng)注意觀察異樣情況，發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)盡早處理和修補(bǔ)。在生產(chǎn)線檢修且空倉時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行倉壁磨損狀況定量檢查，安排好修補(bǔ)時(shí)機(jī)。

［1］GB50077-2003，鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］貯倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊編寫組.貯倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊［K］北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［3］GB 50367-2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

Analysis and Solutions for Abrasion of Inner Wall in Silo Discharge Port

TQ172.683文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001-6171（2016）03-0069-02

通訊地址：中材裝備集團(tuán)有限公司，天津300400；2015-10-21；編輯：呂光