Краткая теория и области применения технологии алмазного сверления и резки

Процессу ввода в эксплуатацию основных фондов предшествует монтаж технологической аппаратуры и оборудования, прокладка санитарно — технических коммуникаций, силовой, канализационной и осветительной сети, установка ограждений, подвесных потолков, витражей, огней на взлетно-посадочных полосах аэродрома. Для выполнения этих работ необходимо выполнение огромного количества строительно-монтажных отверстий различной геометрической формы и размеров.

Существует ряд традиционных способов механических образований монтажных отверстий: ударный, вращательный и ударно-вращательный.

При ударном способе разрушение бетона или горной породы происходит в результате последовательных ударов отбойным молотком, совершающим возвратно- поступательные движения. Работа пневматического молотка сопровождается вибрационными нагрузками на конструкцию, сильным шумом, выделением большого количества пыли. Кроме того, происходит разрушение структуры бетона — он отслаивается от арматуры, образуются глубокие трещины, арматура бетона расшатывается на большую глубину. Заделка разрушенной структуры железобетонной конструкции обходится дорого, поскольку резко возрастают неоправданные трудозатраты.

При вращательном способе сверления алмазный или твердосплавный инструмент вращается вокруг своей оси, совпадающей с осью шпура или отверстия, и с определенным осевым давлением (нагрузкой) подается в направлении сверления.

При ударно-вращательном способе механизм разрушения материала практически такой же, как и при ударном. Отличие состоит лишь в том, что инструмент непрерывно вращается вокруг своей оси и импульсно подается по оси вращения.

Кроме того, известен термический (кислородный и электродуговой) способ образования монтажных отверстий в бетоне и железобетоне. Однако их применение при строительствеи реконструкции существенно ограничено рядом отрицательных факторов: тяжелые условия труда оператора (дым, высокая температура, необходимость специальной защитной одежды); недопустимое загрязнение окружающей среды; повреждение больших зон прожигания, вызывающее огромные, ничем не оправданные трудозатраты по заделке; необходимость особой противопожарной защиты; низкое качество внутренних стенок отверстия, что вызывает значительные расходы на отделочные работы; необходимость выполнения этих работ высококвалифицированным и опытным персоналом.

Поэтому наибольшее распространение в отечественной и зарубежной практике получило сверление строительно-монтажных отверстий алмазными кольцевыми сверлами. По сравнению с традиционными способами оно обладает следующими преимуществами:

• благодаря применению природных и синтетических алмазов значительно удлиняется срок службы сверл;
• в процессе работы алмазы в матрице (рабочая часть коронки) самозатачиваются, что позволяет эксплуатировать сверло до полного стирания алмазного слоя, практически без изменения скорости сверления;
• конструктивные особенности и длительный срок службы позволяет алмазному сверлу продолжительное время сохранять исходные размеры, что обеспечивает сверление с большой точностью;
• множество острых кромок алмазов, выступающих из рабочей поверхности коронки, непрерывный съем обрабатываемого материала каждой из них за один оборот создают возможность сверления различных материалов без нарушения структуры стенок отверстия, позволяет производить врезание сверла в материал и выход из него без сколов;
• одним и тем же алмазным инструментом можно сверлить отверстия в материалах с различными физико-механическими свойствами и получать отверстия любой степени чистоты, вплоть до полированных;
• значительно ускоряется процесс подготовки проектной документации зданий и сооружений, поскольку проектировщики освобождаются от весьма трудоёмкого процесса разметки монтажных отверстий и проемов на ранней стадии проектирования, что резко сокращает сроки строительства;
• отпадает необходимость размещения временных коробчатых элементов при утановке опалубки в процессе строительно-монтажных работ;
• появляется возможность сократить все трудоемкие процессы образования строительно-монтажных отверстий и проемов любой геометрической формы без дорогостоящей переналадки прокатных станков при прокатке строительных конструкций.

Длительный срок службы сверл, высокая производительность, универсальность, бесшумность, точность и чистота обработки отверстий способствуют все более широкому использованию метода сверления с помощью алмазного инструмента в капитальном строительстве, реконструкции и техническом перевооружении зданий и сооружений. Возросшая прочность бетонных и железобетонных конструкций практически исключила применение традиционных способов образования строительных и монтажных отверстий, шпуров и скважин для крепления технологического оборудования и пускорегулирующей аппаратуры и коммуникаций.

В 60-х годах в нашей стране были созданы и испытаны в лабораториях алмазные кольцевые сверла, оснащенные природными и синтетическими алмазами. Интенсивно развивающаяся новая технология производства работ алмазным инструментом внедрена на крупнейших стройках страны и обеспечила высокий уровень механизации образования монтажных отверстий и проемов, эффективность и качество выполняемых работ. Концентрированное применение технологий сверления и резки алмазным инструментом полностью исключает ручной труд при отделочных работах и особенно при технологическом производстве строительно- монтажных работ, эксплуатации аэродромов.

Краткие сведения о применении алмазного инструмента

Для выполнения монтажных работ при строительстве и реконструкции зданий и сооружений нужно проделать десятки и сотни тысяч строительно-монтажных отверстий. Стоимость этих работ в отдельных случаях составляет более 3% от сметной стоимости объекта, кроме того, они весьма трудоемки. Одним из наиболее эффективных способов является сверление и резка железобетона алмазным инструментом.

В 60-х годах в нашей стране в строительство внедрены образцы алмазного инструмента. Процесс сверления алмазным инструментом состоит в следующем: сверлильная машина осуществляет вращение сверла и создает определённое осевое давление на инструмент (от 85 кгс/см2 и выше). Машина оснащена приспрособлением для подачи внутрь сверла воды, необходимой для его охлаждения и выноса разрушенного материала из отверстия. В процессе сверления алмазы, расположенные на режущей поверхности сверла, под действием осевого давления вдавливаются в обрабатываемый материал. Мелкие частички материала (шлам) вымываются водой. При этом оставшаяся неразрушенной колонка материала (керн) поступает во внутреннюю полость сверла и удаляется после окончания сверления.

Первоначально алмазный инструмент использовался в лабораториях исключительно для отбора кернов с исследовательской целью, поскольку считался слишком дорогостоящим для широкого применения.

На втором этапе применения алмазного инструмента сверлильные установки были усовершенствованы. В это время алмазным инструментом просверливали преимущественно дополнительные отверстия в строительных конструкциях, которые были вначале не учтены или неправильно спланированы. Сверление алмазным инструментом полностью оправдало себя для этих целей в связи с его явными преимуществами перед другими традиционными способами — отсутствием пыли, шума, вибрации, что предохраняло строительные конструкции от повреждения.

С расширением области применения способа сверления алмазным инструментом в наземном строительстве экономисты провели оценку его рентабельности. Она дала совершенно неожиданный результат: оказалось, что экономически целесообразно с помощью станков для сверления алмазным инструментом делать проемы в железобетонных перекрытиях и стенах, а также монтажные отверстия.

Ремонтные работы (реконструкция) ведутся при создании стенных и потолочных проемов для последующего монтажа дверей, окон, установок для кондиционирования воздуха, лифтов и проведения других подобных работ. Аналих мировой практики показал, что только 35—40% всех монтажных отверстий жилых зданий, выполненных предварительно, отвечают техническим требованиям внутренней отделки по положению и форме.

В зарубежной практике уже длительное время проемы в зданиях атомных электростанций, монолитных зданиях, заводских цехах выполняются с помощью сверления и резки алмазным инструментом. Это способ позволяет выполнять точные проемы даже через стены с толщиной более метра с точным сохранением диаметра отверстия и отвечает всем другим требованиям. Он применяется при строительстве подземных сооружений, реконструкции и ремонтных работах, сверлении отверстий для установки и монтажа оборудования, соединительных отверстий в уже имеющихся трубопроводах из бетона, ремонте портовых сооружений и береговых укреплений.

Широкомасштабное применение способа сверления алмазным инструментом в отечественной и зарубежной практике подтверждает его неограниченные возможности при строительстве, реконструкции и техническом перевооружении зданий и сооружений.

Алмазное сверление

При строительстве надземных и подземных сооружений часто бывает сложно в процессе проектирования определить, где должны быть предусмотрены отверстия или проемы для прокладки труб, кабелей, установки анкерных креплений, и. т. д. Далее, следует учитывать, что о таких отверстиях также забывают. Часто с опозданием обнаруживается, что отверстия слишком малы или размещены в неправильном месте. В таком случае используют отбойный молоток. Кроме того, данные участки требуют последующей отделки. К сожалению, все это связано с выделением шума, образованием вибрации, большими трудозатратами. При алмазном сверлении, которое в общем значительно дешевле, чем об этом принято думать, исключаются все вышеназванные трудности. Алмазное сверление можно применять в любое время, в нужном месте, с высокой точностью, исключительной чистотой, очень быстро, без шума, пыли и разрушений.

Раньше алмазный инструмент применялся там, где возникали сложные задачи или где этого требовали сжатые сроки строительства. В настоящее время алмзная техника нашла широкое применение ввиду её экономической целесообразности и несравненно более высоким качеством выполнения работ по сравнеиню с традиционными методами.

Применение алмазного сверления при строительстве объектов промышленного назначения:

• монтаж нефтепроводов, газопроводов, линий электроснабжения, отопительных труб;
• для прокладки вентиляционных труб, водосточных труб, телефонной связи;
• при изготовлении лестниц, шахт для подъемников, пожарных и аварийных выходов в бетонных стенах;
• изготовление отверстий для анкерного крепления станков, двигателей, насосов, направляющих для пассажирских и гру-зовых лифтов, кранов, транспортных тележек, лестничных перил для плавательных бассейнов и вышек для прыжков, опор дополнительных элементов конструкций, и. т. д;
• вентиляционных отверстий, извлечения пробных кернов для оценки качества бетона;
• изготовление отверстий для установки контрольных устройств в печах, бункерах (радио, телевидение, авиационный контроль, и. т. д.);
• монтаж ограждений и отражателей на автомагистралях;
• отверстия в канализационных шахтах;
• осветительных и посадочных занков на аэродромах.

Экономическая эффективность резки

Произвести анализ затрат на распиловку бетона, который соответсвовал бы анализу затрат в промышленном масштабе на различные способы обработки бетона, практически очень трудно. Разнообразие видов бетона (свежеприготовленная бетонная смесь, железобетон, предварительно напряженный бетон, заполнители), различные затраты машинного времени и затраты на заработную плату (необученный и обученный обслуживающий персонал), затраты на оборудование мешин и их транспортировку, и. т. д., оказывают значительное влияние на общуу себестоимость процесса распиловки бетона.

Исходные данные для расчета экономической эффективности:

• заполнители средней прочности;
• арматурная сталь диаметром 18 мм, 3 класс;
• концентрация арматуры менее 1%;
• толщина бетона 22 см;
• алмазные диски диаметром 500 мм, ширина сегмента 4,4 мм.

Проводя экономический расчет, определим, что затраты на инструмент возрастают в прогрессии, а затраты в течение основного технологического времени (затраты на заработную плату, амортизация машин), снижаются. Влияние затрат в течение основного технологического времени на общую себестоимость значительно больше, чем влияние затрат на инструмент.

Общую себестоимость получаем путем сложения затрат на инструмент и затрат в течение технологического времени.

Минимальные затраты имеют место при производительности резания около 1000 см2/мин. Анализ затрат показывает, что стоимость распиловки одного квадратного метра бетона с арматурой составляет около 40 рублей (в ценах 1989 года). В настоящее время не существует более совершенных и дешевых способов распиловки.