摘 要 根據(jù)鋼筋砼的特性，從理論分析結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)合理選擇了金剛石鉆頭的主要性能參數(shù)。GW2號(hào)配方對(duì)鋼筋砼的適用性較好，胎體性能穩(wěn)定，并選用了粒度為40～50目、濃度為45%的較高品級(jí)金剛石與該胎體相匹配，在生產(chǎn)使用中取得了較好的鉆進(jìn)效果。
　　關(guān)鍵詞 金剛石鉆頭 鋼筋砼 金剛石品級(jí) 濃度 粒度 胎體
　　
　　Research on Adaptability of Parameters of Diamond Bit to Steel Reinforced Concrete
　　
　　Li Yan, Wang Shengfu
　　(Institute of Exploration Techniques, Langfang, Hebei, 065000)
　　
　　Abstract Based on the property of steel reinforced concrete, main parameters are determined by combining theoretical analysis with practice experience. Formula GW2 of matrix has good adaptabilily to steel reinforced concrete and its matrix property is stable, especially matched with better grade diamond of grain size 40～50 mesh and concentration 45%, so the penetration result is ideal in practice.
　　Key words steel reinforced concrete, grade of diamond, concentration, mesh size, matrix
　　
　　金剛石鉆頭鉆進(jìn)效率的高低、壽命長(zhǎng)短與被鉆物質(zhì)有著十分密切的關(guān)系。每一個(gè)性能好的鉆頭都是針對(duì)它所對(duì)應(yīng)的巖石而言，也就是說(shuō)在設(shè)計(jì)鉆頭時(shí)首先要考慮巖石的研磨性、單軸抗壓強(qiáng)度、硬度等特性。巖石的研磨性是設(shè)計(jì)金剛石鉆頭胎體耐磨性的主要依據(jù)，是金剛石出刃的基本條件，巖石特性是設(shè)計(jì)鉆頭胎體的出發(fā)點(diǎn)。在建筑裝修施工現(xiàn)場(chǎng)也要遵循這個(gè)原則，針對(duì)所鉆鋼筋砼的特性來(lái)選用合適的鉆頭。
　　
　　1 胎體耐磨性與鋼筋砼的適應(yīng)性
　　
　　金剛石以無(wú)與倫比的硬度和優(yōu)良的機(jī)械力學(xué)性能使金剛石工具成為加工各種堅(jiān)硬材料不可缺少的有效工具之一。在建筑施工中，越來(lái)越廣泛地使用金剛石工具來(lái)鉆切鋼筋砼制品，但對(duì)金剛石鉆切鋼筋砼的研究學(xué)術(shù)報(bào)導(dǎo)很少，尤其金剛石鉆頭胎體耐磨性與鋼筋砼適應(yīng)性的研究就更少。我們對(duì)金剛石鉆頭胎體與鋼筋砼的適應(yīng)性進(jìn)行了詳細(xì)的分析與研究。
　　金剛石鉆頭碎巖過(guò)程，一方面使金剛石在高轉(zhuǎn)速、較大壓力下因摩擦產(chǎn)生高溫，部分金剛石石墨化，部分金剛石受沖擊剪切力的作用而碎落；另一方面胎體受巖石和巖粉的摩擦作用、沖洗液的沖蝕作用而被磨損。鉆頭在鉆切鋼筋砼時(shí)，鉆進(jìn)過(guò)程中胎體和金剛石均在磨損且具有合理的磨損速度，以使胎體與被鉆物質(zhì)相適應(yīng)。當(dāng)胎體磨損速度大于金剛石磨損速度時(shí)，將導(dǎo)致金剛石出刃過(guò)大而過(guò)早脫落，這反映了胎體耐磨性過(guò)低；當(dāng)金剛石磨損速度小于胎體的磨損速度時(shí)，導(dǎo)致鉆頭不出刃甚至被拋光而出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，在此種情況下即使給鉆機(jī)加大壓力，亦無(wú)法鉆進(jìn)，此時(shí)加壓只能加大動(dòng)力機(jī)的負(fù)載，導(dǎo)致動(dòng)力機(jī)超載運(yùn)轉(zhuǎn)，這是較危險(xiǎn)的。
　　因此，依據(jù)胎體的耐磨性與不同標(biāo)號(hào)鋼筋砼的研磨性和硬度的特征，金剛石鉆頭胎體可設(shè)計(jì)為中等研磨性胎體配方，即GW2號(hào)配方，此配方對(duì)砼的適用性較好，胎體性能穩(wěn)定性好，且在較弱或較強(qiáng)研磨性砼鉆進(jìn)時(shí)，均具有較好的適應(yīng)性。無(wú)論從金剛石鉆頭的研究制造，還是從使用選型來(lái)講，GW2號(hào)胎體配方的耐磨性與鋼筋砼的研磨性是相適應(yīng)的。
　　今天用傳統(tǒng)的胎體硬度表征方法來(lái)研究制造金剛石鉆頭已經(jīng)很不適應(yīng)科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的需要了。在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，同屬中等研磨性的胎體配方，但由于二者硬度值不同，其切割鋼筋砼的效率、速度、壽命皆不同，反之胎體硬度值相同，由于配方、耐磨性不同，所取得的鉆進(jìn)效果亦不相同。所以我們不難解釋多年來(lái)一些用戶提出的一大問(wèn)題，就是選用不同廠家生產(chǎn)的金剛石鉆頭，盡管硬度相同，金剛石參數(shù)基本相同，但使用效果大不相同，有的與鋼筋砼適應(yīng)，有的卻不適應(yīng)。實(shí)際上，問(wèn)題的癥結(jié)就在于雖然胎體硬度相同，但耐磨性不同，所以效果不一樣。生產(chǎn)實(shí)踐證明，我們研究胎體耐磨性與鋼筋砼研磨性的適應(yīng)性是必要的。
　　
　　2 金剛石參數(shù)與鋼筋砼的適應(yīng)性
　　
　　薄壁金剛石鉆頭與鋼筋砼相適應(yīng)，除了胎體的耐磨性和硬度之外，還必須合理選擇金剛石參數(shù)與之匹配。金剛石強(qiáng)度、粒度和濃度直接影響鉆頭的鉆進(jìn)效率和使用壽命，但是金剛石強(qiáng)度、粒度和濃度的確定主要取決于鋼筋砼的研磨性、強(qiáng)度和硬度。
　　2.1 金剛石品級(jí)對(duì)鉆進(jìn)鋼筋砼效果的影響
　　我們?cè)诶确皇心掣邔幼≌瑯倾@切鋼筋砼使用8只鉆頭(SMD型金剛石鉆頭6只，MBD8型金剛石鉆頭2只)，鉆頭胎體工作層均為5 mm，胎體為GW2號(hào)配方，使用效果見表1。
　　
　　表1 薄壁金剛石鉆頭在鋼筋砼中鉆進(jìn)效果
　　編號(hào) 金剛石強(qiáng)度(kg.顆-1) 鉆頭直徑/mm 個(gè)數(shù)/個(gè) 總進(jìn)尺/m 時(shí)效/(m.h-1) 平均壽命/(m.個(gè)-1)
　　1 18 159 6 159 0.92 26.5
　　2 13 159 2 29.6 0.53 14.8
　　
　　從表1可以看出，兩種金剛石鉆頭的平均鉆進(jìn)時(shí)效和平均壽命相差較大。由此可見，由于鋼筋砼抗壓強(qiáng)度和硬度都較高，品級(jí)較低的金剛石在鉆進(jìn)中極易被磨鈍，效果就有較大的差別。因此，只有盡量用高品級(jí)金剛石才能在鋼筋砼鉆進(jìn)中取得好的效果。
　　2.2 金剛石濃度對(duì)鋼筋砼鉆進(jìn)效果的影響
　　金剛石濃度是一個(gè)很重要的參數(shù)，尤其對(duì)鉆進(jìn)鋼筋砼它顯得更為重要。濃度太低，出露鉆頭底唇的金剛石太少，單顆金剛石鉆進(jìn)時(shí)負(fù)擔(dān)太大，在新的金剛石還未出露之前它就過(guò)早地磨鈍或崩刃脫落，使整個(gè)鉆頭失去鉆進(jìn)能力。反之，濃度過(guò)高，鉆頭底唇金剛石面積很大，單顆金剛石承受的壓力很小，而鋼筋砼的抗壓強(qiáng)度和硬度很高，從而金剛石難以出刃，造成鉆頭無(wú)法進(jìn)尺。所以，我們從實(shí)踐與理論分析，對(duì)鉆切鋼筋砼選出了較合適的金剛石濃度，與一般鉆切石材的鉆頭相比，鉆切鋼筋砼的鉆頭金剛石濃度要稍低，金剛石濃度減小后，胎體出露面積增大，胎體容易受到磨損，可以加速金剛石出刃，提高鉆進(jìn)效率。在鋼筋砼鉆進(jìn)中，金剛石濃度與鉆進(jìn)時(shí)效見表2。
　　表2 金剛石濃度與鉆進(jìn)時(shí)效
　　編號(hào) 濃度/% 個(gè)數(shù)/個(gè) 總進(jìn)尺/m 時(shí)效/(m.h-1) 平均壽命/(m.個(gè)-1)
　　1 25 1 11 0.63 11.0
　　2 45 4 106 1.10 26.5
　　3 50 6 153.6 0.96 25.6
　　4 75 1 6.7 0.38 沒(méi)有用完
　　
　　注：鉆頭直徑120 mm，金剛石強(qiáng)度18 kg/顆。
　　從表2可以看出，同一種胎體配方，選用同樣品級(jí)的金剛石，由于金剛石濃度不同，它們的鉆進(jìn)時(shí)效也不同，當(dāng)濃度從25%～75%變化時(shí)，鉆進(jìn)鋼筋砼的時(shí)效也隨之有規(guī)律地變化。當(dāng)濃度為45%～50%時(shí)時(shí)效最高，而高于或低于此值時(shí) ，效果都顯著下降。
　　2.3 金剛石粒度對(duì)鋼筋砼鉆進(jìn)效果的影響
　　在對(duì)鋼筋砼的鉆進(jìn)中，金剛石粒度應(yīng)滿足兩個(gè)基本規(guī)律：一是在保證金剛石品級(jí)相同的情況下，宜用中粗粒度，有利于自銳作用；二是隨著粒度的增大或減小變化金剛石濃度，這是因?yàn)橘|(zhì)量大小相同的金剛石粗粒與細(xì)粒的總表面積不同，所以相同濃度金剛石的出露總面積亦不同。也就是說(shuō)，細(xì)粒金剛石的出露總面積要比粗粒的大，單顆金剛石吃入被鉆物質(zhì)的壓力就小。具體到鋼筋砼來(lái)講，如果選用較細(xì)粒度的金剛石，雖然金剛石出露的總面積增大了，但胎體出露面積相應(yīng)減小，不易被磨損，產(chǎn)生鉆進(jìn)不進(jìn)尺現(xiàn)象。因此在鉆進(jìn)鋼筋砼時(shí)，我們選用40～50目粒度的金剛石，濃度為45%，在生產(chǎn)試驗(yàn)中取得了很好的效果。
　　
　　3 結(jié)論
　　
　　由于鋼筋砼硬度高、強(qiáng)度大，尤其高標(biāo)號(hào)砼結(jié)構(gòu)致密，薄壁金剛石鉆頭在鉆進(jìn)鋼筋砼時(shí)，條件十分惡劣，時(shí)效較低。通過(guò)研究和試驗(yàn)，我們認(rèn)為，要提高薄壁金剛石鉆頭在鋼筋砼中的鉆進(jìn)效率，必須合理選擇鉆頭的主要性能參數(shù)：
　　(1)根據(jù)鋼筋砼的特點(diǎn)，鉆頭胎體耐磨性應(yīng)為中等，不能太軟，否則會(huì)因胎體磨損快造成金剛石大量提前脫落引起時(shí)效的顯著下降。反之若胎體耐磨性高，胎體難以磨損，金剛石不易出刃，單顆金剛石吃入被鉆物質(zhì)的深度很小，使鉆頭進(jìn)尺緩慢，甚至不進(jìn)尺。
　　(2)選用高品級(jí)的金剛石作為鉆頭孕鑲料。
　　(3)采用適應(yīng)性較廣的金剛石濃度，建議采用45%為宜。
　　(4)金剛石粒度選用40～50目為好，但粒度的選擇要與金剛石濃度、胎體耐磨性的選擇相適應(yīng)。
　　
　　作者簡(jiǎn)介：李焰：女，1954年生，原地礦部勘探技術(shù)研究所，工程師；1977年畢業(yè)于河北地質(zhì)學(xué)院地質(zhì)勘探專業(yè)；現(xiàn)從事薄壁金剛石工程鉆機(jī)和金剛石制品的研究工作，曾主持過(guò)薄壁金剛石鉆頭研究課題。 地址：065000 河北省廊坊市金光道77號(hào)；電話：0316-2015312轉(zhuǎn)2248。 王生福：原地礦部勘探技術(shù)研究所。