Что такое керны в строительстве
Керн (кернер) и чертилка. Виды и применение. Отличия и особенности
Керн (кернер) и чертилка – это специализированные слесарные инструменты, предназначенные для выполнения точной разметки по металлу. Несмотря на визуальное сходство, они имеют разное назначение, хотя в отдельных случаях и условиях могут быть взаимозаменяемыми.
Что такое керн
Обычно керны представляют собой стержень круглого сечения. Его острие затачивается под 100°-120°. Этот угол подобран неспроста. Именно при таком уклоне вершины конус достаточно хорошо погружается в металл, при этом его наконечник деформируется по минимуму. Нужно отметить, что инструмент, рассчитанный на работу с мягкими металлами, может затачиваться под меньшим углом. За счет этого изменяется геометрия лунки, и в нее легче попасть сверлом для цветмета, у которого угол режущей кромки отличается.
Кернер изготавливается из инструментальной стали. Его острие проходит закалку на длину 20-30 мм. Термообработке поддается и его боек. При этом центральная часть обработке не подвергается, что позволяет инструменту весьма эффективно гасить удары и препятствует его слому. Запас длины закаленной стали возле острия позволяет при необходимости затачивать изношенный инструмент без риска потери рубящих качеств.
Виды кернеров
Хотя керн и очень простой инструмент, но его конструкция может отличаться в зависимости от того, для решения каких задач он сделан.
Популярные разновидности:
Обычный – это просто стальной прут круглого или многогранного сечения. Он используется только совместно с молотком. Хотя керно и имеет свой специфический угол заточки, его можно применять в качестве чертилки. При этом точность такой линии будет хуже, в силу специфической конусообразной структуры острия. Такой инструмент производится в различных вариациях длины. Обычно это 140 мм, но возможно ее увеличение. Инструмент стоит подбирать под руку. Если он слишком узкий, то возможно повреждение руки молотком.
Колокол очень похож на обычный кернер, но имеет дополнительный элемент в виде воронки. За счет нее он способен центрироваться на выпуклых и сферических поверхностях. Таким инструментом легко накернить металлический шар, что сложно при использовании обычного прямого керна. Окружность вокруг инструмента препятствует скольжению острия в сторону. Это весьма специфическое и узкоспециализированное керно, малопригодное для другой работы, кроме как нанесения разметки на сферы. Его юбка делается из достаточно жесткой резины. Она эффективно гасит удары, и не скользит, что способствует правильному направлению наконечника.
Автоматические кернеры очень хорошо подходят для использования в труднодоступных местах, куда нет возможности подобраться с молотком. При выборе этого инструмента лучше всего обращать внимания на приборы с круглой рукояткой на месте затыльника. Это облегчает нажатие и не создает болевые ощущения в ладони после срабатывания механизма. Если делать подряд десятки лунок, то отсутствие дискомфорта будет весьма важно.
Керн очень простой инструмент, который зачастую изготавливают своими руками. Зачастую самодельные устройства не хуже покупных. Достаточно распространенной конструкцией кернера является пружинный кернер. Он представляет собой отдельный наконечник и боек. Они соединяются между собой обычной пружиной растяжения. Для срабатывания такого прибора, нужно просто оттянуть боек и отпустить. За счет эластичности пружины, он ускорившись вперед ударит в наконечник, и тот углубиться в металл. Кернер этого типа используется без молотка, но для его срабатывания нужно усилие двух рук, поэтому он не так хорошо подходит для труднодоступных мест, как автоматический покупной аналог.
Размеры кернов, какой выбрать
Острие кернера может иметь различный диаметр. При использовании тонких сверл для их центрирования важна мелкая лунка. Если она будет большой, то оно начнет соскальзывать в сторону и засверлиться будет сложно. Если же пытаться рассверлить тонкую вмятину широким сверлом, то его острие также может не зацепиться. В связи с этим в идеале иметь в наборе инструментов керны с разным диаметром наконечника.
Что касается формы и диаметра самого стержня, то они могут быть разными. От их параметра эффективность инструмента никак не зависит. Главное чтобы он удобно ложился в руку. Для людей с широкими ладонями стоит обратить внимание на более длинные керны, так как короткими можно случайно повредить пальцы при ударе молотком.
Особенности работы кернером
Если используется автоматический керн, то он также выравнивается перпендикулярно поверхности. Затем прижимается с силой до момента отскока пружины. До удара жало прибора слегка войдет в корпус. В связи с этим усилие необходимо прикладывать размеренно, чтобы не перекосить инструмент. Соблюдая перпендикулярность, можно получить наиболее четкую глубокую лунку, которая позволит правильно центрировать сверло при начале сверления.
По мере использования керн может тупиться. Хотя он и сделан из инструментальной стали и проходит закалку на наконечнике, но через несколько сотен ударов, особенно по твердым поверхностям, острота заточки теряется. В таком случае его можно обновить. Первые 20-30 мм стержня керна закалены, поэтому восстановленное острие будет такое же твердое.
Что такое чертилка
Чертилкой называют ручной слесарный инструмент для нанесения разметочных рисок по металлу. В отличие от нарисованных маркером или карандашом, они более точные за счет минимальной толщины. Разметка чертилкой особенно заметна на темной горячекатаной стали, цветных металлах, а также изделиях пораженных коррозией.
Чертилки тоньше кернов, так как они необходимы для нанесения царапин. По ним не нужно стучать молотком. Отсутствие сильного давления на инструмент меняет механику его применения, поэтому для максимальной четкости царапины чертилки затачивают под углом 15°. Нужно отметить, что ее форма не всегда такая же как у керна. Нередко можно встретить Г-образный инструмент или с кольцом на конце. Прямые чертилки в исключительных случаях вполне могут использоваться для кернения под сверление, с изгибом же для этого не подходят.
Разметочная чертилка более изящный инструмент, чем керн. Он легче и острее, поэтому ее наконечник зачастую оснащается защитным колпачком, для предотвращения травмирования.
Чертилки делают различных видов:
Стилизованная под шариковую ручку чертилка может использоваться только для черчения разметки. По ней нельзя бить, так как ее механическая прочность для этого недостаточная. Этот инструмент в особенности хорошо подходит для работы с мягкими цветными металлами.
Г-образная чертилка имеет характерный изгиб перед острием. Это делает ее удобной при обводе больших шаблонов во время переноса размеров на листовую сталь. Для черчения мелкой разметки она подходит хуже, чем прямая.
Что такое керн? Добыча и исследование образцов
Первоначально керны использовались для изучения дна океана. Однако вскоре стала очевидной их ценность не только для океанической, но и другой геологической истории. На сегодняшний день сотни тысяч образцов были собраны со дна всех океанов планеты и на обширной площади суши. Что же такое керн и в чем его польза?
Информационная ценность
Значение керна для науки трудно представить. Эти образцы являются лучшим прямым источником данных о подземной геологии. Поскольку они представляют собой самые большие подземные пробы (обычно 10 см в диаметре и часто сотни метров в глубину), то показывают структуры и типы пород. При отборе керны дают данные о составе породы, пористости, проницаемости и качестве ресурса. Ни один другой тип геологического образца не предоставляет столько данных, охватывая широкий круг общественных потребностей и научных проблем.
Вам будет интересно: Британская монархия: история, особенности
Разрабатываются новые аналитические методы, улучшились возможности компьютерного моделирования, позволяя геологам лучше представлять динамику недр и развивать научные концепции. Хотя мы не можем знать, как и когда используют данные из кернов, их следует сохранять. Они необходимы для экономического развития, защиты окружающей среды, планирования землепользования и обеспечения качества жизни наших граждан сегодня и завтра.
Добыча керна
Образец керна представляет собой цилиндрический участок вещества, встречающегося в природе. Большинство получают путем бурения с помощью специальных сверл в веществе, например, осадке или породе, с помощью полой стальной трубы, называемой керновым сверлом. Отверстие, сделанное для образца керна, называется керноприемник. Существует множество пробоотборников для различных сред при разных условиях. В процессе бурения образец более или менее вдавливается в трубу. Извлеченный в лаборатории, он проверяется и анализируется различными методами и оборудованием в зависимости от типа требуемых данных.
Могут быть взяты пробы для проверки свойств искусственных материалов, таких как бетон, керамика, некоторые металлы и сплавы, особенно более мягкие. Также существуют керны живых существ, в том числе людей. В медицине, к примеру, берут образцы костей человека для микроскопического исследования. Велика вероятность, что такой керн содержит то, что поможет диагностировать заболевание.
Геологические коллекции
Существует множество образцов керна. Некоторые выставлены публично, другие лежат в специальных кернохранилищах. Одной из самых больших считается геологическая коллекция в Институте океанографии им. Скриппса. Она представляет собой физическую библиотеку бесценных образцов, полученных с морского дна и Мирового океана. Здесь хранится около 7500 глубинных океанических кернов, более 3500 морских и около 40 000 слайдов морских микроископаемых, а также около 10 000 образцов горных пород и окаменелостей в учебной коллекции.
Геологические коллекции в институте являются одними из старейших и крупнейших в США, они постоянно пополняются. Образцы доступны океанографам по всему миру, которые изучают различные области, включая геологию, геохимию, геобиологию, палеоокеанографию, геофизику и многое другое, что делает коллекции неотъемлемой частью многих междисциплинарных проектов.
Что такое керны в строительстве
Керн (в дорожном строительстве) — образец асфальтобетона, цементобетона или другого материала, имеющий цилиндрическую форму и извлекаемый из одного или нескольких слоев дорожной конструкции путем бурения.
Отбор кернов осуществляется с целью контроля качества работ по асфальтированию, а также определения физико-механических характеристик асфальтобетона (толщины асфальтированного слоя, степени уплотнения и т.д.).
Альтернативным способом отбора проб в асфальтированном покрытии является получение вырубок. Вырубки, в отличие от кернов, имеют не цилиндрическую, а параллелепипедную или кубическую форму.
Цель отбора кернов
В отличие от неразрушающих способов контроля, осуществляемых непосредственно на месте проведения дорожных работ (например, с помощью радиометрического зондирования), отбор кернов и их последующий анализ в лаборатории позволяет получать существенно больший объем данных как по качеству работ (качеству подгрунтовки перед асфальтированием, качеству укладки и уплотнения асфальта), так и по характеристикам самого асфальтобетонного материала.
Таким образом, основной целью отбора кернов является оценка и контроль качества дорожных работ и материалов при устройстве асфальтобетонных покрытий. В зависимости от вида дорожных работ с помощью отбора кернов решаются следующие задачи:
Необходимость в отборе кернов для проведения лабораторных исследований чаще всего возникает в следующих случаях:
Технология и общие правила отбора кернов
В зависимости от типа асфальтобетонной смеси керны отбираются следующим образом:
Отбор керна осуществляется на расстоянии не менее 1 метра от края покрытия или оси дороги и не менее 0,2 м от шва. Отбор кернов выполняют на всю толщину покрытия с дальнейшим разделением слоев в лаборатории.
Размеры и количество кернов, которые отбирают с одного места, устанавливают исходя из количества образцов, которые требуются для испытаний. Диаметр кернов должен быть не менее:
Из тонкослойных покрытий керны отбирают вместе с нижним слоем и затем на станке для резки кернов отделяют нижний слой. При отборе кернов, тонкослойное покрытие не должно отделяться от нижележащего слоя без приложения усилий.
Качество асфальтогранулобетонного покрытия (при восстановлении асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог способами холодной регенерации) определяют по кернам диаметром 10 см, выбуренным из регенерированного слоя через 7 суток после его устройства. Керны отбирают в шахматном порядке по одному на каждые 1000 м регенерированного слоя, включая недоуплотненные участки.
Качество асфальтогранулобетонного покрытия (при восстановлении дорожных покрытий способом горячей регенерации) определяют по одному образцу-керну на каждые 500 м или трем образцам-кернам на каждые 1000 м.
При устройстве дорожных оснований из чернощебеночных и органоминеральных смесей контроль работ осуществляется путем отбора кернов через сутки после устройства слоя. С каждых 7000 м 2 отбирают 3 пробы. Качество готового слоя дорожного основания из черного щебня и органоминеральных смесей оценивают по физико-механическим показателям кернов, отбираемых через месяц после устройства слоя из расчета 2 пробы на 1 км.
При устройстве дорожного основания из асфальтобетонного гранулята (асфальтовой крошки) качество уложенного слоя оценивают по результатам испытаний кернов, которые отбирают через 14 суток после укладки слоя в количестве не менее трех на 1000 м.
Отбор кернов осуществляется специальным оборудованием — ручным или прицепным керноотборником. Последовательность операций при отборе керна керноотборником следующая:
После извлечения керна его маркируют, упаковывают и составляют акт отбора проб. В акте отбора проб указывается:
Упаковку и маркировку отобранных проб асфальтобетонных смесей осуществляют таким образом, чтобы до проведения испытаний или при хранении обеспечить сохранность свойств материала.
Лабораторные испытания керна
Перед началом лабораторных испытаний нижняя часть керна обязательно отпиливается. Это необходимо для того, чтобы удалить остатки битума на нижней поверхности образца, нанесенной розливом битума («подгрунтовкой»). Толщина отпиливания должна составлять 5–10 мм в зависимости от толщины и текстуры нижней части вырубки.
Также перед испытанием керны высушивают до постоянной массы при температуре не более 50 °С. Каждое последующее взвешивание проводят после высушивания в течение не менее 1 часа и охлаждения при комнатной температуре не менее 30 минут. Масса образца определяется взвешиванием на весах.
В результате лабораторных исследований керна определяют:
После проведения основных испытаний керны могут переформовываться. Переформованием керна называется его разогревание на песчаной бане или в термошкафу, последующее измельчение ложкой или шпателем и повторное создание образца цилиндрической формы.
Путем исследования переформованных кернов определяются следующие показатели:
Следует иметь в виду, что доверительная вероятность оценки показателей свойств асфальтобетона определяемых по переформованным из керна образцам значительно ниже, чем по образцам, изготовленным из смесей, в связи с чем результаты испытания переформованных образцов не могут дать объективной оценки, которая могла бы служить браковочным признаком. В связи с этим, количество кернов, отбираемых из асфальтированного покрытия, и количество повторных испытаний, для каждого конкретного случая следует рассматривать отдельно, при этом для обоснования брака следует привлекать методы статистики.
Касаемо оценки зернового состава минеральной части асфальтобетонных смесей по результатам испытания кернов, то результаты его нельзя считать достаточно достоверными по ряду причин. Во-первых, при транспортировке смеси, а также при ее укладке наблюдается сегрегация щебня, а отсюда и определенная неоднородность распределения его в уложенном слое. Для получения достоверных данных, позволяющих с высокой степенью вероятности оценить состав уложенной асфальтобетонной смеси, необходимо отобрать образцы из покрытия в количестве, необходимом для статистической оценки.
Во-вторых, при уплотнении покрытия щебень может дробиться. И в-третьих, при отборе образцов керноотборником происходит измельчение щебня в зоне опиленных граней. В зависимости от ряда причин, таких как тип смеси, размер кернов и т. п., содержание щебня в кернах может быть до 20 % ниже, чем содержание щебня в самой асфальтобетонной смеси, которая применялась при асфальтировании.
Информация взята с сайта ДСП “Юнидорстрой”
Керн (геология)
Керн — образец горной породы, извлеченный из скважины посредством специально предназначенного для этого вида бурения. Часто представляет собой цилиндрическую колонку (столбик) горной породы достаточно прочной, чтобы сохранять монолитность.
В последние годы керн при бурении для лучшей сохранности отбирается (попадает) в пластиковые или алюминиевые трубы (контейнеры). После извлечения из бурового инструмента эти трубы (контейнеры), заполненные керном, для удобства режутся на отрезки, обычно метровой длины. Для детальных исследований эти отрезки в свою очередь разрезаются вместе с керном пополам вдоль оси, как представлено на фотографии.
Выход керна определяют в процентах к пробуренному метражу. 100%-ный выход керна позволяет с полной достоверностью изучать горные породы, пересечённые буровой скважиной, и определять запасы полезного ископаемого.
Информационная ценность образцов керна
Отбор керна с научной целью начался как метод исследования океанического дна. Вскоре метод был освоен для исследования озёр, ледников, почвы и древесины. Керны, взятые с очень старых деревьев, дают информацию об их годичных кольцах, при этом не требуется спиливать дерево.
По керну можно судить об изменении климата, геодинамической обстановке, видах фауны и флоры, существовавших в определенную геологическую эпоху, а также об осадочном строении земной коры. Динамические явления на поверхности Земли в большинстве областей цикличны, особенно это касается температуры и выпадения осадков.
Существует много способов датировки керна. После датировки можно получить ценную информацию об изменении климата и ландшафта. Например, образцы керна, взятые со дна океана, из недр земли и ледников полностью изменили наше понимание геологической истории плейстоцена.
Что такое керны в строительстве
ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА БЕТОНА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИИ ПО КЕРНАМ
Дата введения 1967-07-01
Внесены Всесоюзным научно-исследовательским институтом гидротехники имени Б.Е.Веденеева
Утверждены Главтехстройпроектом МЭиЭ СССР 22 февраля 1967 г.
В Рекомендациях изложены существующие виды контроля качества бетона гидротехнических сооружений, описаны способы бурения и ведения документации кернов бетона, буроскопический осмотр и фотографирование стенок скважин в бетонных сооружениях, приложены наставления по упомянутым способам с чертежами конструкций буроскопа и фотобуроскопа, а также даны основные правила определения физико-механических свойств бетона по выбуренным кернам.
Рекомендации разработаны под общим руководствам проф., доктора техн. наук В.В.Стольникова (ВНИИГ имени Б.Е.Веденеева) и начальника ОИСМа НИСа Гидропроекта Б.Ф.Микуловича.
Рекомендации утверждены 22 февраля 1967 г. решением N 119 главного инженера Главтехстройпроекта МЭиЭ тов. А.С.Горохова с введением в действие с 1 июля 1967 г. под N 
.
Настоящие Рекомендации по оценке качества бетона по кернам составлены по указанию Главтехстройпроекта МЭиЭ СССР в соответствии с решением семинара по контролю качества гидротехнического бетона, проходившего в г.Огре Латвийской ССР 25-28 мая 1965 года, и совещания по обеспечению выполнения решения этого семинара, проведенного 2 декабря 1965 г. во ВНИИГе имени Б.Е.Веденеева.
В условиях все возрастающего объема гидротехнического строительства особое значение приобретает вопрос оценки качества бетона по выбуренным кернам.
Бетон гидротехнических сооружений в процессе эксплуатации подвержен физико-химическим воздействиям, вызывающим коррозию, а также действию многообразных факторов, влияющих на интенсивность протекания коррозионных процессов в естественных условиях службы.
Показатели основных технических свойств бетонных контрольных образцов, приготовленных из бетонной смеси, взятой на заводе, имеют, как правило, меньший разброс, чем показатели важнейших свойств бетона, уложенного в сооружение. Последние, как показывает практика, изменяются в довольно широких пределах в силу целого ряда производственных неравномерностей, возникающих при транспортировке, укладке и уходе за бетоном, и ряда других факторов.
Существующий метод контроля качества бетона по контрольным образцам, приготовленным из бетонной смеси, взятой на заводе, не позволяет получить показатели основных технических свойств реального бетона, уложенного в сооружение.
Очень важно знать показатели основных технических свойств реального бетона как в начале, так и после определенного срока эксплуатации гидротехнических сооружений. Путем сравнения этих показателей можно в некоторой степени прогнозировать долговечность обследуемого сооружения.
О состоянии бетона внутри массивов нельзя судить только по данным визуального обследования и определения поверхностной прочности, так как под прочным наружным бетонным слоем могут находиться зоны недоброкачественного или поврежденного бетона. Надежная оценка качества бетона внутри массивов может быть произведена только после определения основных физико-механических свойств бетона по выбуренным кернам из обследуемых сооружений; ценным в этом случае является также определение водопоглощения в натурных условиях с использованием полученных скважин.
Следует отметить, что существующие неразрушающие методы определения прочности бетона внутри массивов не дают надежных результатов. Кроме того, этими методами нельзя определить другие не менее важные физико-механические свойства бетона: объемный вес, водопоглощение, водонепроницаемость, морозостойкость и др.
В настоящее время для всесторонней оценки изменения технических свойств бетона, как в период строительства, так и в период эксплуатации сооружений, производится испытание кернов, выбуренных из тела сооружений.
Разработка данных Рекомендаций проводилась с целью выработки единой методики взятия и испытания кернов из бетонных сооружений, с целью улучшения проведения обследований состояния бетона в сооружениях, повышения надежности получаемых результатов его испытания и более правильной оценки состояния бетона гидротехнических сооружений.
Рекомендации предназначены для научно-исследовательских институтов, проектных организаций и строительств Министерства энергетики и электрификации СССР. Они составлены на основании обобщения материалов экспериментальных исследований бетонных кернов и натурных исследований, проведенных ВНИИГом имени Б.Е.Веденеева, а также на основании обобщения материалов натурных исследований бетона в гидротехнических сооружениях, проведенных ОИСМом НИСа Гидропроекта.
I. ВИДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА БЕТОНА В СООРУЖЕНИЯХ
1. Контроль качества бетона, уложенного в гидротехнические сооружения, необходимо осуществлять по результатам контрольных испытаний бетона неразрушающими методами физико-механических испытаний и в специальных случаях бурением скважин в сооружении с получением керна бетона.
2. Неразрушающие способы исследования бетона в сооружениях разделяются на следующие виды.
Визуальные, дающие ориентировочное представление о качестве бетона по состоянию его поверхности в сооружениях. К ним относятся:
а) описание и зарисовка дефектов: трещин, осколков, отколов, облущивания, каверн, фильтрации, течей, свищей, натеков по поверхности бетонного сооружения;
б) нанесение на поверхность бетонного сооружения различного вида углублений, с последующими их замерами, диском Губбера (ДПГ-4), маятниковым прибором Царицына-Карниловича, молотками системы Франка, Физделя (НИИМосстроя), Кашкарова и Эйнбека;
в) простукивание вертикальной и горизонтальной поверхности бетонного сооружения молотками-склерометрами, с замером высоты отскока бойка, пружинным молотком системы Шмидта или системы Оргсовхозстроя и т.д.
Физические ударные, дающие косвенные сведения о качестве бетона по скорости прохождения звуковой волны, возбуждаемой ударом молотка с электронным измерителем времени на приборе Лермита или ультразвуковым прибором.
Физические ультразвуковые импульсные, дающие косвенные показатели прочности и упругости по скорости прохождения импульсов через бетон.
Способов использования ультразвука для определения качества бетона много [6]. В СССР применяются ультразвуковые приборы системы НИИСКа Госстроя (УП-4), Кишиневского завода «Электроточприбор» (УКБ-1) и других систем.
Радиоактивный (способ гамма-дефектоскопии), дающий указания о плотности бетона с помощью изотопов.
Нейтронный, дающий показатель влажности.
II. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БУРОВЫХ РАБОТ ПО БЕТОНУ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
3. В случае обнаружения дефектов в бетоне при наружном осмотре сооружения, а также при неясных показаниях приборов по оценке качества бетона (I-2) производится выбуривание из бетона кернов при минимальном количестве буровых скважин. На производство буровых работ составляется проект, в котором указываются: место расположения скважин с учетом возможности проведения буровых работ; количество скважин по каждому узлу бетонных гидротехнических сооружений; диаметр и глубина скважин в зависимости от крупности заполнителя бетона и количества блоков; характеристика скважин в зависимости от формы бетонного сооружения (вертикальные, наклонно-восходящие под углом 4-7° к горизонту, наклонно-нисходящие и горизонтальные); предполагаемый выход керна в процентах по весу; наличие и диаметр арматуры в местах заложения скважин; условия промывки и способ подачи воды при бурении; способы крепления станков на подмостях при подвеске во время бурения горизонтальных и наклонно-восходящих скважин; условия проведения бурения в местах соприкосновения с оборудованием электростанций; количество смен бурения; условия хранения и документация кернов бетона; техника безопасности при буровых работах; метод проведения опытных нагнетаний и тампонажа; способ цементации скважин после бурения; аппаратура для буроскопического осмотра и фотографирования стенок скважин; снабжение фотобуроскопа электроэнергией (напряжение 12 в); стоимость метра бурения с учетом диаметра и глубины скважины.
III. БУРЕНИЕ БЕТОНА И ПОЛУЧЕНИЕ КЕРНА
5. Колонковое бурение скважин в бетоне, как и в горных породах, основывается на механическом вращении коронки в забое посредством колонны полых штанг. Вращение, подъем и спуск буровых штанг производится при помощи лебедки и двигателя. При бурении применяется промывка забоя водой, которая нагнетается по штангам и возвращается наверх по зазорам между штангами и стенками скважин. При этом струя воды уносит с собой шлам, т.е. растертые частицы бетона и крупинки металла от буровой дроби.
В нижней части колонковой трубы находится коронка с зачеканенными резцами из твердых сплавов. Наиболее часто применяются резцы из победита. При бурении в бетонах, содержащих заполнители из очень твердых пород, например кварцитов, сливных песчаников, гранита и др., резцы заменяются мелкой чугунной дробью, которая засыпается через штанги и поступает во время вращения под коронку через специальную прорезь. При вращении коронки бурение осуществляется с помощью дроби, которая истирается в металлический порошок.
Во время бурения из бетонного забоя скважины вырезается керн (бетонный цилиндр), который постепенно поступает в колонковую трубу, а затем при произвольном или специальном заклинивании обламывается. На поверхность керн извлекается колонковой трубой. Если в массиве бетона имеются пустоты, каверны и трещины, то керн в виде цилиндра не извлекается. Часто вместо столбика в колонковой трубе заклиниваются мелкие обломки разрушенного бетона. Часть керна при бурении измельчается до состояния каменной муки или мелкой щебенки и уходит в шлам с промывочной водой.
Малый выход керна при бурении вертикальных скважин объясняется не только неудовлетворительным составом и сложением бетонного массива, но также и особенностями процесса колонкового бурения, в некоторой степени разрушающего бетон вращением и ударами коронки, резцов и обломками керна.
Вывод о степени плотности и сохранности бетона в массиве сооружения должен быть основан на выходе керна, его составе, величине и форме. Поэтому получение керна при колонковом бурении представляет основную задачу буровых работ, проводимых на бетонном сооружении.
Рис.1. Коронка алмазно-победитовая для бурения бетона гидротехнических сооружений
а) общий вид; б) схематический чертеж: 1) промывочная выемка в короночном кольце; 2) алмазно-металлический зуб-сегмент; 3) победитовый резец
Для равномерного, недробящего и ускоренного бурения бетона с равнопрочными заполнителями для получения керна диаметром 110 мм используется алмазно-победитовая буровая коронка, режущая часть которой представляет собой чередование твердосплавных победитовых резцов и 6 алмазно-металлических зубьев-сегментов, полученных от разрезки дефектной алмазной коронки 76 мм, и впаянных в стандартное короночное кольцо диаметром в 130 мм. Между зубьями и резцами оставляются промывочные выемки*.
* С 1967 г. экспериментальный завод Института сверхтвердых материалов (г.Киев) выпускает буровые коронки, армированные искусственными алмазами диаметром в 112 и 130 мм, марки АКВ-112 и АКВ-130, которые изготавливаются по специальным заказам.
IV. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫХОДА КЕРНА БЕТОНА
7. Определение действительного выхода керна производится обычно по замеру длины цилиндров, выбуренных из скважин бетона, с учетом обломков (в случае выхода раздробленного керна) в керновых ящиках по глубине отбора образцов-кернов из скважин. При этом не учитывается степень разрыхления и выход неполноценного керна.
Во избежание неправильного определения выхода керна из буровой скважины следует применять комбинированный способ определения*: по замеру для нормального и по весу для раздробленного керна.
8. Керны, полученные из скважин, разделяются на четыре группы. К I группе относятся керны-цилиндры, длина которых больше их диаметра, что позволяет изготовлять из них образцы-керны для испытания на сжатие. Ко II группе принадлежат керны, длина которых меньше их диаметра. III группу составляют обломки кернов, а также зерна крупного заполнителя, выбитые из бетона буровой коронкой. В состав IV группы входят мелкие обломки бетона вместе с буровым шламом и цементно-песчаная рыхлая масса с зернами мелкого заполнителя.
9. Выход керна по каждой отдельной скважине определяется следующим образом. Нормальные керны I и II групп замеряются линейкой, выход их из скважины определяется обычным путем: по отношению к длине интервала бурения. Для кернов бетона III и IV групп определение выхода керна производится взвешиванием.
Определение выхода керна III группы иллюстрируется примером 1 приложения 4.
Определение выхода керна III и IV групп по весу дает более точные результаты, чем по обычно применяемой рядовой укладке образцов.
Примечание: Примером заполнителей второго рода служат зерна гравия из сливных кварцевых песчаников, кремней, яшм, кремнистых известняков, сланцев и других горных пород, обладающих скрытокристаллической и аморфной структурой и высокой твердостью породообразующих минералов.
Рис.2. Бетонные керны с гладкой поверхностью
11. Колонковое бурение бетонов первого вида, как правило, дает цилиндрический керн с выходом из скважин обычно от 80 до 100%, независимо от направления бурения.
Совершенно другие результаты получаются при бурении в бетонах второго вида, особенно в том случае, если в этих бетонах применены различные цементы невысокого качества при зимнем бетонировании сооружений. Обычно выход керна из таких бетонов мал.
Выход керна при вертикальном бурении уменьшается вследствие непрерывных вибрирующих ударов резцов коронки или дроби о бетонный забой. При этом происходит расшатывание зерен заполнителя в бетоне.
Истирание забоя обломками заполнителя усиливается при циркуляции воды, которая подается в скважину для промывки. Такое дробление бетона в ряде случаев превращает его в полужидкую «кашицу», состоящую из цементной массы, песка и мелких частиц заполнителя гравия. Цементная масса и частично песок выносятся водой при промывке в виде шлама, а в забое остаются крупные зерна заполнителя. Продолжающаяся промывка придает шламу в забое абразивность, усиливая и без того дробящую роль выпавшего из бетона крупного заполнителя.
12. Для улучшения процесса бурения следует применять скважины наклонно восходящего направления. При бурении таких скважин исключаются многие причины, мешающие извлечению керна. Этот тип бурения ограничивается теми участками плотины, где можно установить буровые станки.
Для размещения станков устраиваются специальные подвесные деревянные подмости-люльки, которые подвешиваются на стальных тросах и пеньковых канатах к штырям, забиваемым в разбуриваемую стенку.
Штанги и колонковые трубы во время бурения наклонно восходящих скважин располагаются под углом 4-7° к горизонту и оказывают давление на забой только с помощью рычага, что уменьшает вибрацию коронки во время бурения.
В этом случае шлам не остается в скважине, а сразу же вымывается к ее устью. Выпавшие зерна заполнителя, обломки бетона и куски перепиленной арматуры не вращаются по забою, а выкатываются свободно в колонковую трубу и затем легко извлекаются. Забой остается всегда чистым. Керн в колонковую трубу поступает сравнительно легко. Откол его происходит близко от забоя.