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绳锯混凝土切割技术的发展及应用历史

文章作者:天郁建筑 发布时间:2020-06-05 14:27:00 浏览次数:0

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一、建筑业

绳锯混凝土切割技术是建筑业中公认的重要组成部分之一,由建筑、拆除和维修以及民用建筑项目组成。以美国为例。1998年,新开工项目超过6000亿美元。例如,在欧洲和日本,在过去50年里,大量翻新和开发项目持续增长,以满足人口增长对住房建设和商业建设的需求。

建筑业在过去七年中明显的上升趋势将继续发展。公共办公楼、公共教育设施、道路和多用途住房建筑的建设通常被认为是发展中领域。

二、建筑、维护和拆除用钻石

50多年来,由于建筑行业的发展,工业金刚石工具在建筑行业的应用蓬勃发展,在不断降低成本的情况下,生产效率和工具寿命得到了提高。由于满足成本控制,金刚石工具被认为是切割建筑材料的有效工具。

这一时期金刚石工具的发展得益于许多不同应用领域的发展。詹宁斯报告的一个例子清楚地表明,金刚石锯目前用于一个普通的民用建筑项目,带有一把加长刀。为了符合欧洲,的运输法规,运输卡车的允许载重量应增加到40吨,因此所有经过英国的道路和桥梁都需要进行相应的测试,以确保增加的负载能够安全通过。在某些情况下,桥面和桥墩应该大大加强和加固或完全更换。为了在较短的施工周期内以较少的交通堵塞和较少的预算成本实现上述目标,有效的解决方案是广泛使用金刚石浸渍取芯钻头、圆盘锯和绳锯进行切割。

交通堵塞和中断导致的成本上升导致了钻石工具的广泛使用,这可以大大缩短施工时间。美国的混凝土锯经常在钻井协会的杂志《混凝土开口》上被报道为金刚石工具的一个例子。根据近期的一份报告,美国亚特兰大,哈斯菲尔德国际机场旧跑道的翻新和重建由于充分利用了钻石工具,显然节省了时间和费用。传统的方法将花费3500-3900万美元,跑道将须完全关闭至少6个月。旧跑道可通过金刚石联合切割机分割成易于搬运的部分,可快速取出运出机场,并可立即铺设新跑道。尽管这种“快速铺设方法”的成本高达5200万美元,但考虑到每天50万美元的关闭成本,增加的成本是合理的。通过大量的自动化应用,制造过程工程更加有效,未来使用金刚石工具的趋势将继续增长。仅在1999年,两家主要设备制造商就推出了更方便、有效和低成本的激光焊接设备。更有效地应用金刚石和可选的粘结剂原料,再加上降低其总成本,使得金刚石工具在经济上更受大家认可和接受。这些例子清楚地表明,由于其令人满意的成本,金刚石工具已经能够满足和适应工业需求。

3.高速公路和机场跑道的纹理处理

金刚石工具广泛用于道路和机场跑道表面平整和纹理处理。像世界上许多其他交通管理部门一样,英国,交通管理部门认为,当交通中断时,钻石工具可以确保施工的速度和准确性。目前,它专门用于公路和机场设施的维护和建设。

为了满足道路上严格的表面纹理要求,20-40 美国目粗颗粒的天然金刚石被广泛用于早期金刚石锯片。

为了降低表面纹理的加工成本,提高刀具的使用寿命,改善切削性能,促进刀具性能的显著变化,须开发一种新的粘结剂体系来减缓高速切削高耐磨性混凝土和沥青时的快速磨损。为了承受高温烧结,特生产30-50 美国目的高强度合成金刚石,具有良好的热稳定性相,使其在较高的速度下磨损较少。由于工具改进的实施和重型切割机械的使用,在20世纪90年代仍然使用相同的旋转速度,但是使用三倍于锯片数量的磨头以更高的切割进给速度完成路面纹理处理。

为了提高路面处理的效率,考虑了如何减少操作人员、冷却用量以及清除道路碎片和污泥。对原有的传统实心锯片进行了改进和设计。新设计采用300毫米透气钢基体和激光焊接钴基粘结剂刀头,无需冷却水仍能承受较高的工作温度。

由于工作温度高,锯片刀头采用40/50 美国网八面体人造金刚石制造,强度高,热稳定性好。在沥青路面和混凝土路面上切割宽度为9毫米的沟槽时,切割效率分别为4米/分钟和1.5米/分钟。

本纪钻石工业有限公司和日本富乐凯工业有限公司的更多计算表明,完整的干式切削系统比类似的湿式切削机器稍贵,但整个干式切削成本更低。成本降低的主要原因是研磨和切割机器操作人员减少,并且不需要运输水车和事后清理。

四、建筑材料的表面纹理处理

随着工业条件下建筑和维护工作的增长,在过去10年中,用于室内地面纹理处理的金刚石工具的需求也增加了。这种增长不仅是因为开发了停机时间短、损耗少的快速干式切削刀具,还因为许多地面施工对严格的平整度和粗糙度公差要求过高。在金刚石纹理加工技术发展之前,地面通常用湿式刮刀或道路松散工具如硬质合金连枷刀或钉齿进行加工。通过实验对比,金刚石工具的加工成本远低于传统工艺。

五、金刚石绳锯

金刚石绳锯锯切工艺自从70年代次开发应用于天然石材的开采后,在建筑工业中产生了重大影响,特别是在建筑结构的拆除与修正中作用巨大。绳锯切割工艺应用的增长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,还能相应节省与降低设备动力、劳动力成本,减少过多的切割量、噪音与粉尘污染。

由于使用了高强度的30/40美国目的人造金刚石,进来成功地对工具设计进行了改进与完善使得切割锋利,提高了锯切速度从而降低了锯切工程所需时间,提高了锯切效率。

此外,为了提高工具的整体性能,使用了可选择的钎焊结合剂系列。与常规的烧结串珠相比较,该技术可更好的控制金刚石在串珠上的整体分布及其磨损速率。由于在应用中金刚石凸出高度更大,故趋向于使用高强度金刚石。

六、孕镶金刚石圆盘锯

对于混凝土与沥青公路的维修与公用设施安装锯切,多数承包商都愿采用φ350mm到φ1m以上的水冷金刚石圆盘锯片而不采用其它常规锯切工具,锯片多安装在以柴油发动机作为动力的切割机上,要求切割锋利、寿命长、停机少、故障少,并要降低劳动力成本。使用这种工艺的另一有利因素是切割精度高,能量利用更为有效。

过去25年来,为保持稳定的锯片性能,在锯切钢筋混凝土和高磨蚀性沥青为主的材料时,金刚石工具制造行业坚持大量使用30-50美国目的六八面体完整晶型金刚石。为强化锯片的耐磨性,在生产钴合金结合剂刀头时,不采用常规的热压工艺,而趋向于使用熔渗烧结工艺。

在使用性能方面,由于使用更大功率的切割机,加之在锯片生产中使用耐磨的结合剂与高强金刚石,从而延长了整个工具寿命,并由于减少了停机时间而改善了其经济性能。

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七、干式圆盘锯切割

于80年代中期才开始采用φ110-φ400mm直径的孕镶式金刚石刀头干切锯片和连续式锯片,不附加冷却措施而能用于材料的锯切于开槽。这主要是由于将刀头采用激光焊接在锯片基体上,同时对锯片的技术性能进行了完善与改进,使其能安全地使用。自从开发出干切时锯片后,由于它具有一些操作使用上的优势,诸如更高的圆周切割速度与切割效率,同时不降低使用寿命,固干式切割取代了传统的树脂切割偏于冷却式湿切金刚石锯片。更重要的是干式切割工艺使其在冷却水提供困难的地区能更方便地使用,同时因减少事后的清除工作而节约了成本。

为锯切割中难切材料,这一特定市场产品通常依据锯片性能可广义的划分称三个不同类别。类为“专用型锯片”。该类锯片主要用于专业建筑承包商的大功率半自动切割机。为适应这种切割速度高、可靠耐用、运转平衡、使用寿命长、停工时间少的要求,采用30-50美国目的高强金刚石与耐磨性结合剂孕镶烧结。

二类的锯片为“半专用型锯片”(或称通用型锯片),主要由经销商和房建承包商用于不连续长期使用的锯片。通常要求该类锯片对各种不同材料具有恒定的切割效率。该类锯片一般采用40/50美国目的中强金刚石。

第三类的锯片为“DIY”类。可采用价格低廉、脆性较好的锐利的金刚石和较软的结合剂。

八、混凝土钻孔

由于金刚石孕镶取心钻具优于传统的冲击钻孔技术而成为在各种建筑材料中钻进小孔与大直径孔的选择。由于其钻进速率高,寿命长,钻进很深,尺寸,而且不要在此修整孔眼,噪音低,废岩屑少,所以深受使用这欢迎。

初钻具的开发倾向使用有青铜与钴粉再加入适量用于提高耐磨性的碳化钨烧结的刀头。这种刀头孕镶有20-50美国目的粗颗粒天然金刚石。

为提高钻具性能,过去10余年来不断开发,使钻进效率提高了一倍。这主要应归因于不断使用30/40美国目的高强金刚石。

九、建筑工业中的混凝土

混凝土是建筑工业所有工程中使用的重要的材料之一。根据石料生产协会(QPA)报导,由于混凝土用途的多样性,仅英国每年生产的预混混凝土达到2200万立方米左右,并以每年1.5个百分点的速度增长。

尽管混凝土应用范围非常广泛,倘若不加保护与处理,在工作环境中暴露出的有害元素可能常常导致互凝土外表或内部钢筋迅速锈蚀。

更具NiDI报导,在美国有60万左路桥被列为钢筋混凝土已锈蚀,其维修费用非常高昂,将要花费200亿美元。

在日本整个国家很多混凝土铁路桥梁与隧道仅在25-30年后已锈蚀。随之而来,所有这些地区的维修工程将提供很多新的和多种多样的使用金刚石工具的机遇。

十、未来对金刚石的要求

自从进入建筑工业,金刚石工具的应用在很广的范围内继续推广与发展,取代了很多传统的磨料工具与切割技术。正如上述已经描述的那样,其主要的原因是能保证很高的生产效率和工具寿命,同时降低能量消耗和浪费。为使这种趋势继续向前发展,企望金刚石合成、工具加工、粉末冶金和设备制造商能继续促使金刚石工具制造上生产出高品质、高性能的金刚石工具。

理想的解决办法是是用粗颗粒、高强度金刚石。

十一、对粗颗粒、高强度、高热稳定性人造金刚石的评价

为正是钻具寿命与锯切效率方面的潜在优势,采用粗颗粒、高强度和热稳定性好的金刚石磨料能够实现这一目标。为此进行了一系列金刚石绳锯与薄壁钻具的试验。

为进行薄壁钻头钻进试验,采用三种粗颗粒、高强度和热稳定性好的人造金刚石磨料与通常钻眼工程使用的30/40美国目的高强度金刚石进行了对比试验。

十二、钢筋混凝土的薄壁钻具钻进

系列钻进试验采用人工控制的克里斯坦森300建筑钻机完成。

测定了四种浓度为百分之三十、直径为107mm的700SPC(每克拉颗粒数)、325SPC、250SPC和150SPC金刚石焊接式薄壁钻。以花岗岩和燧石石料的钢筋混凝土钻进孔眼。四种钻具的平均试验结果表明,以700SPC金刚石钻具钻进花岗岩和燧石钢筋混凝土的结果作为标准参照系进行比较,325SPC和250SPC金刚石钻具既获得较长钻具寿命,又获得更高的钻进效率。钻头的载荷基本相近,但是150SPC粗颗粒金刚石钻具到头磨耗严重。


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