Специфические свойства навалочных грузов (сыпучесть, слеживаемость, спекаемость)
Сыпучестью называется способность зернистого материала перемещаться под действием сил тяжести или динамического воздействия. Сыпучесть груза, характеризующая степень подвижности его частиц, оценивается величинами угла естественного откоса и угла внутреннего трения, а в общем случае — величиной сопротивления сдвигу. Во время рейса под воздействием качки судна сыпучий груз, имеющий свободную поверхность, пересыпается с одного борта на другой, в результате чего судно может получить опасный крен и даже перевернуться.
Углом естественного откоса α, или углом покоя, называется угол между образующей и плоскостью основания штабеля. Угол покоя определяет необходимую площадь штабелирования груза и объем внутритрюмных штивочных работ. На одной и той же площади можно уложить тем больше груза, чем больше угол покоя. В этом случае объем и высота штабелей растут пропорционально тангенсу угла покоя
Слеживаемостыо называется свойство груза переходить в состояние слежалости, характеризующееся прочным сцеплением частиц груза, частичной или полной потерей скважистости, максимальной плотностью, что приводит к потере грузом сыпучести. Слеживаемости наиболее подвержены бокситы, хромистые, оловянные и марганцевые рядовые руды, суперфосфат, калийные и азотные удобрения, сульфат, селитра, различные соли.
Причинами слеживаемости являются: сцепление частиц груза от сдавливания, кристаллизация солей из растворов и переход соединений вещества из одних модификаций в другие, химические реакции в грузах. Степень слеживаемости зависит от размера, формы, равномерности и характера поверхности частиц груза, наличия и свойств примесей, условий хранения груза, его влажности, гигроскопичности, параметров окружающего воздуха, длительности хранения, высоты штабеля. С увеличением размера частиц груза уменьшается число точек соприкосновения между частицами в единице объема груза, падает относительная прочность слипания частиц и уменьшается слеживаемость груза. Чем однороднее груз по своему гранулометрическому составу, тем меньше относительная степень слеживания.
Существенным фактором, обусловливающим слеживаемость груза, является влажность вещества. При слеживаемости, вызванной давлением на груз (руды, уголь), от увеличения влажности груза усиливается сцепление частиц. В грузах, содержащих водорастворимые вещества (соли поваренная, каменная), повышение влажности приводит к образованию насыщенного раствора этого вещества, который при подсыхании образует большое количество частиц, слипающихся со старыми частицами. В ряде грузов увеличение влаги ускоряет химические процессы, приводящие к образованию новых соединений, сцепляющих свободные частицы груза.
Чем лучше растворяются вещества в воде и чем большей кристаллизационной способностью они обладают, тем больше способность груза к слеживанию. Если слеживаемость происходит в результате химических реакций, то чем ниже значение гигроскопической точки, тем сильнее слеживается груз. При колебании относительной влажности воздуха около гигроскопической точки груза груз будет то увлажняться, то подсыхать, что приведет к интенсивному процессу слеживания. В условиях морской транспортировки наибольшей слеживаемости подвержены грузы с гигроскопической точкой 60—80%.
Слеживаемость увеличивается, если груз хранится долгое время. Слеживаемость малогигроскопических грузов заметно растет с высотой штабеля. Грузы с высокой гигроскопичностью могут слеживаться в одинаковой степени в больших и малых штабелях.
Загрязнение или наличие в навалочном грузе примесей, хорошо растворимых в воде, увеличивает способность грузов к слеживанию. Грузы, подверженные слеживаемости, следует хранить в условиях, исключающих или уменьшающих влагопоглощение. Гигроскопические грузы, подверженные сильной слеживаемости, следует упаковывать в плотную влагонепроницаемую тару либо закрывать их плотно брезентами или пленками из пластика. Хорошие результаты дает хранение в закрытых помещениях, где нет воздухообмена с окружающей средой. Вместо укрытия иногда применяется присыпка поверхности груза веществами, которые не портили бы груз, но связывали атмосферную влагу.
Смерзаемость есть свойство груза превращаться в сплошную массу и терять свою сыпучесть при отрицательной температуре. Это свойство аналогично слеживаемости груза, и по результату они идентичны. При смерзаемости также происходит слипание частиц груза, которое тем больше и сильнее, чем мельче и шероховатее частицы груза, больше влажность и пористость его. Смерзаемости в наибольшей степени подвержены рыхлые, пористые, мелкозернистые руды и полезные ископаемые. Крупнокусковые твердые навалочные грузы более устойчивы против смерзаемости.
Спекаемостью называется слипание частиц груза под воздействием изменения температуры. Спекаемости подвержены перевозящиеся навалом тугоплавкие материалы (пек, гудрон, асфальт), а также агломераты руд, поступающие в трюм судна в горячем состоянии. Спекаемость тугоплавких материалов, которые перевозят навалом, практически предотвратить нельзя. Выгрузка таких грузов очень трудоемка, поэтому их следует перевозить в таре или наливом с подогревом и только в отдельных случаях при низких температурах — навалом.