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            混凝土切割技術發展

            發布時間:2018/10/30 16:03:23

            一、建筑行業

                   由于建筑、拆除與維修及民用建筑工程組成的建筑業被認為是國民經濟最重要的部分之一。以美國為例,1998年其新的建筑工程金額超過6000億美元。在以歐洲和***為例,在過去50年以來,為滿足人口不斷增長引起的房屋建造與商業建筑兩方面的需求,大量改造改建工程和開發項目工程繼續增長。

                   由***與貿易協會***的報告表明,美國建筑業也呈上升趨勢。過去七年多來建筑業的明顯上升趨勢還會繼續發展。公共寫字樓建設、大眾教育設施、公路和多用住房建筑被大家公認是發展***的領域。

            二、建筑、維修與拆除用金剛石

                   50多年來,由于建筑工業的增長,工業金剛石工具在建筑工業中的應用蒸蒸日上,并在不斷降低成本的條件下,提高生產效率和工具壽命。由于滿足了成本控制,目前金剛石工具已被認可為最有效的切割建筑材料的工具。

                   這段時期金剛石工具的發展是由于在很多不同應用領域的開發所致。有M.Jennings報道的***實例清楚表明,目前金剛石工鋸的應用一延伸刀普通的民用建筑工程項目中。為遵守歐洲運輸規程,應將運輸卡車的允許承載量增大到40噸,因而所有通過英國的道路橋梁需進行相應的檢測,以確保增大的載荷能安全通過。在某些情況下橋面和橋墩要大大強化與加固或完全更換。要在較短的工期內以最少的交通停頓和較少的預算費用實現上述目的,最有效的解決辦法是廣泛使用金剛石孕鑲取心鉆頭、圓盤鋸和繩鋸切割。

                   因交通阻塞與中斷引起的費用不斷上升促使金剛石工具廣泛使用,它能使工程施工時間大大縮短。美國混凝土鋸切于鉆進協會***“Concerete Openings”(混凝土天地)經常報道是用金剛石工具的實例。在最近的一次報道中,美國亞特***Hartsfield國際機場舊跑道翻新重建時由于全面采用金剛石工具而明顯地節省了時間與費用,采用常規的方法要耗資3500-3900萬美元,跑道***少要完全關閉六個月。采用金剛石節縫切割機可以將舊跑道分成易處理部分,快速取出運送到機場外,并立即鋪上新跑道。雖然這種“快速鋪設法”費用高達5200萬美元,但把每關閉***跑到需花費50萬元的費用考慮進去的話,增加的費用還是合理的。通過大量自動化應用,是制造工藝工程更為有效,未來是用金剛石工具的趨勢人會持續增長。僅在1999年一年內兩大設備制造廠商推出了更為便捷、有效且基本***費用低的激光焊接設備。金剛石與可供選擇的結合劑原材料的更為有效的應用,再加上其整個成本的下降,使金剛石工具在經濟上更為大家所認可與接受。這些事例清楚表明,由于其令人滿意的成本,金剛石工具已能滿足和適應工業需求。


            三、公路與機場跑邊面紋理加工

                   金剛石工具大量用于公路與機場跑道表面的整平與紋理結構加工。英國交通監控部門與世界上其他許多運輸管理一樣認為是用金剛石工具能夠保證交通停頓最短情況下的施工速度與精度。目前專門用于公路與機場設施的維修施工。

                   為滿足對道路嚴格的表面紋理結構的要求,早期金剛石鋸片大量使用20-40美國目的粗顆粒的天然金剛石。

                   為了促使表面紋理加工成本下降,提高工具壽命,完善切割性能,促使工具性能的顯著變化,必須研制開發新結合劑體系,使其在高速切割磨蝕性很高的混凝土與瀝青時能減緩快速磨損。為承受高溫燒結專門生產熱穩定相很好的30-50美國目的***度人造金剛石,使其在更高的速度下能較少的磨損。由于實施了工具改進,并使用重型切割機械,在90年代仍然使用同樣的轉速,但使用三倍于鋸片數量的磨頭,以更高的切割給進速率完成路面紋理加工。

                   為提高道路表面加工的效率,曾考慮如何減少操作人員、冷卻使用量及路面巖屑與淤泥的清除工作,對原用常規實心鋸片進行改進設計,新型設計采用φ300mm的通風鋼基體和激光焊接的鈷基結合劑刀頭,可以不用冷卻水,仍能承受高的工作溫度。

                   由于工作溫度較高,鋸片刀頭采用強度很高、熱穩定性很好的40/50美國目的六八面體人造金剛石孕鑲燒結而成。當在瀝青和混凝土路面切割寬度為9mm溝槽時,達到切割效率分別為4m/min和1.5m/min。

                   更具Noritake金剛石工業有限公司和NipponFoureki工業有限公司計算表明,完全的干式切割系統比類似濕式切割機費用略貴,但整個干式切割成本便宜。成本降低的原因主要是磨切機器操作工人更少,無需運水車和事后的清掃工作。


            四、建筑材料的表面紋理加工

                   隨著工業條件下建筑與維修工作的增長,過去10余年來采用金剛石工具進行室內地面紋理加工的需求也相應增長。增長原因不僅在于開發了快速干切工具,停工時間短與損耗少,而且也是很多地面施工有很嚴格的平整度與粗糙度公差的超標要求所致。在研制出金剛石紋理加工技術之前,地面的加工通常使用濕式刮板或者采用安裝有硬質合金***或釘齒之類的翻松路面工具進行。通過實驗對比,金剛石工具加工成本遠低于傳統的工藝。


            五、金剛石繩鋸

                   金剛石繩鋸鋸切工藝自從70年代***次開發應用于天然石材的開采后,在建筑工業中產生了重大影響,特別是在建筑結構的拆除與修正中作用巨大。繩鋸切割工藝應用的增長主要是由于它降低成本。除了能提高切割速度,并留下清晰、光滑、平整的切割表面外,還能相應節省與降低設備動力、勞動力成本,減少過多的切割量、噪音與粉塵污染。

                   由于使用了***度的30/40美國目的人造金剛石,進來成功地對工具設計進行了改進與完善使得切割鋒利,提高了鋸切速度從而降低了鋸切工程所需時間,提高了鋸切效率。

                   此外,為了提高工具的整體性能,使用了可選擇的釬焊結合劑系列。與常規的燒結串珠相比較,該技術可更好的控制金剛石在串珠上的整體分布及其磨損速率。由于在應用中金剛石凸出高度更大,故趨向于使用***度金剛石。


            六、孕鑲金剛石圓盤鋸

                   對于混凝土與瀝青公路的維修與公用設施安裝鋸切,多數承包商都愿采用φ350mm到φ1m以上的水冷金剛石圓盤鋸片而不采用其它常規鋸切工具,鋸片多安裝在以柴油發動機作為動力的切割機上,要求切割鋒利、壽命長、停機少、故障少,并要降低勞動力成本。使用這種工藝的另一有利因素是切割精度高,能量利用更為有效。

                   過去25年來,為保持穩定的鋸片性能,在鋸切鋼筋混凝土和高磨蝕性瀝青為主的材料時,金剛石工具制造行業堅持大量使用30-50美國目的六八面體完整晶型金剛石。為強化鋸片的耐磨性,在生產鈷合金結合劑刀頭時,不采用常規的熱壓工藝,而趨向于使用熔滲燒結工藝。

                   在使用性能方面,由于使用更大功率的切割機,加之在鋸片生產中使用耐磨的結合劑與***金剛石,從而延長了整個工具壽命,并由于減少了停機時間而改善了其經濟性能。


            七、干式圓盤鋸切割

                   于80年代中期才開始采用φ110-φ400mm直徑的孕鑲式金剛石刀頭干切鋸片和連續式鋸片,不附加冷卻措施而能用于材料的鋸切于開槽。這主要是由于將刀頭采用激光焊接在鋸片基體上,同時對鋸片的技術性能進行了完善與改進,使其能安全地使用。自從開發出干切時鋸片后,由于它具有一些操作使用上的優勢,諸如更高的圓周切割速度與切割效率,同時不降低使用壽命,固干式切割取代了傳統的樹脂切割偏于冷卻式濕切金剛石鋸片。更重要的是干式切割工藝使其在冷卻水***困難的地區能更方便地使用,同時因減少事后的清除工作而節約了成本。

                   為鋸切割中難切材料,這一特定市場產品通常依據鋸片性能可廣義的劃分稱三個不同類別。***類為“專用型鋸片”。該類鋸片主要用于專業建筑承包商的大功率半自動切割機。為適應這種切割速度高、可靠耐用、運轉平衡、使用壽命長、停工時間少的要求,采用30-50美國目的***金剛石與耐磨性結合劑孕鑲燒結。

                   ***類的鋸片為“半專用型鋸片”(或稱通用型鋸片),主要由經銷商和房建承包商用于不連續長期使用的鋸片。通常要求該類鋸片對各種不同材料具有恒定的切割效率。該類鋸片一般采用40/50美國目的中強金剛石。

                   第三類的鋸片為“DIY”類??刹捎脙r格低廉、脆性較好的銳利的金剛石和較軟的結合劑。


            八、混凝土鉆孔

                   由于金剛石孕鑲取心鉆具優于傳統的沖擊鉆孔技術而成為在各種建筑材料中鉆進小孔與大直徑孔的***選擇。由于其鉆進速率高,壽命長,鉆進很深,尺寸精確,而且不要在此修整孔眼,噪音低,廢巖屑少,所以深受使用這歡迎。

                   最初鉆具的開發傾向使用有青銅與鈷粉再加入適量用于提高耐磨性的碳化鎢燒結的刀頭。這種刀頭孕鑲有20-50美國目的粗顆粒天然金剛石。

                   為提高鉆具性能,過去10余年來不斷開發,使鉆進效率提高了一倍。這主要應歸因于不斷使用30/40美國目的***金剛石。


            九、建筑工業中的混凝土

                   混凝土是建筑工業所有工程中使用的最重要的材料之一。根據石料生產協會(QPA)報導,由于混凝土用途的多樣性,僅英國每年生產的預混混凝土達到2200萬立方米左右,并以每年1.5個百分點的速度增長。

                   盡管混凝土應用范圍非常廣泛,倘若不加保護與處理,在工作環境中暴露出的有害元素可能常常導致互凝土外表或內部鋼筋迅速銹蝕。

                   更具NiDI報導,在美國有60萬左路橋被列為鋼筋混凝土已銹蝕,其維修費用非常高昂,將要花費200億美元。

                   在***整個國家很多混凝土鐵路橋梁與***僅在25-30年后已銹蝕。隨之而來,所有這些地區的維修工程將***很多新的和多種多樣的使用金剛石工具的機遇。


            十、未來對金剛石的要求

                   自從進入建筑工業,金剛石工具的應用在很廣的范圍內繼續推廣與發展,取代了很多傳統的磨料工具與切割技術。正如上述已經描述的那樣,其主要的原因是能保證很高的生產效率和工具壽命,同時降低能量消耗和浪費。為使這種趨勢繼續向前發展,企望金剛石合成、工具加工、粉末冶金和設備制造商能繼續促使金剛石工具制造上生產出高品質、高性能的金剛石工具。

                   最理想的解決辦法是是用粗顆粒、***度金剛石。


            十一、對粗顆粒、***度、高熱穩定性人造金剛石的評價

                   為正是鉆具壽命與鋸切效率方面的潛在優勢,采用粗顆粒、***度和熱穩定性好的金剛石磨料能夠實現這一目標。為此進行了一系列金剛石繩鋸與薄壁鉆具的試驗。

                   為進行薄壁鉆頭鉆進試驗,采用三種粗顆粒、***度和熱穩定性好的人造金剛石磨料與通常鉆眼工程使用的30/40美國目的***度金剛石進行了對比試驗。


            十二、鋼筋混凝土的薄壁鉆具鉆進

                   ***系列鉆進試驗采用人工控制的克里斯坦森300建筑鉆機完成。

                   測定了四種濃度為30%、直徑為107mm的700SPC(每克拉顆粒數)、325SPC、250SPC和150SPC金剛石焊接式薄壁鉆。以花崗巖和燧石石料的鋼筋混凝土鉆進孔眼。四種鉆具的平均試驗結果表明,以700SPC金剛石鉆具鉆進花崗巖和燧石鋼筋混凝土的結果作為標準參照系進行比較,325SPC和250SPC金剛石鉆具既獲得較長鉆具壽命,又獲得更高的鉆進效率。鉆頭的載荷基本相近,但是150SPC粗顆粒金剛石鉆具到頭磨耗嚴重。

                   采用相同的參數鉆進燧石鋼筋混凝土,標準的700SPC金剛石鉆具表明,其刀頭嚴重磨損。并導致刀頭基體碎裂與崩落。但是使用粗顆粒、***度金剛石時,不使用過高的載荷,仍能達到較高的鉆進效率與鉆具壽命。


            十三、鋼筋混凝土和天然石材的繩鋸切割

                   ***組實驗是在PelligriniDF2000固定式繩鋸鋸機上完成的。仍然是用花崗巖石料鋼筋混凝土為鋸切材料。采用250SPC金剛石做成φ9mm的雙層焊接串珠繩鋸。

                   結果表明,使用粗顆粒高度凸出的金剛石其鋸切效率顯著提高。將新型串珠實驗記錄下的性能參數與工業中常用結果進行對比,清楚表明,在鋸切2.***方米鋼筋混凝土和4.***方米天然花崗巖后,繩鋸性能非常優越。與工業中有代表性的性能參數相比,鋸切效率為其1.4倍。

                   結論

                   建筑工業是國民經濟最重要的部門之一,數據表明在過去50余年來金剛石建筑工業的應用一直在連續增長。減少系統運行的堵塞、機器的停頓與損耗以及工程精度的要求是金剛石工具在建筑工業應用明顯增長的原因。

                   為提高金剛石工具的壽命與切割性能,在工具設計、結合劑配方和金剛石技術特性的各方面已經做了大量的開發與研究工作。舉例來說,刀頭式圓盤鋸能在比過去更高的圓周速度下,即能在濕切又能在干切條件下鋸切,這方面應歸因于使用了風冷鋼制鋸片基體和激光焊接技術,使其能保持鋸片的整體牢固性。在鋸切諸如混凝土和瀝青之類高磨蝕性材料時,通過使用耐磨結合劑加工刀頭,可使鋸片的磨蝕降低到***限度,其中包括使用鈷粉和碳化鎢粉末進行高溫燒結。

                   在金剛石性能方面本文概略敘述了幾個關鍵的應用領域,其中某些應用趨向大量使用各種粒度的***度金剛石,使金剛石工具鋸切更為鋒利,能量消耗降低,并能承受更高鋸切效率時產生的載荷。通過一系列薄壁鉆與繩鋸的鉆切實驗也展示了上述優點。這是設備、工具、工藝和新型改進的人造金剛石磨料持續開發研究相結合的結果,特別是對金剛石粒度及其破碎特性給與重視與研究,這都將促進生產效率提高。


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