摘 要 根據鋼筋砼的特性，從理論分析結合實踐經驗合理選擇了金剛石鉆頭的主要性能參數。GW2號配方對鋼筋砼的適用性較好，胎體性能穩定，并選用了粒度為40～50目、濃度為45%的較高品級金剛石與該胎體相匹配，在生產使用中取得了較好的鉆進效果。
　　關鍵詞 金剛石鉆頭 鋼筋砼 金剛石品級 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
　　
　　金剛石鉆頭鉆進效率的高低、壽命長短與被鉆物質有著十分密切的關系。每一個性能好的鉆頭都是針對它所對應的巖石而言，也就是說在設計鉆頭時首先要考慮巖石的研磨性、單軸抗壓強度、硬度等特性。巖石的研磨性是設計金剛石鉆頭胎體耐磨性的主要依據，是金剛石出刃的基本條件，巖石特性是設計鉆頭胎體的出發點。在建筑裝修施工現場也要遵循這個原則，針對所鉆鋼筋砼的特性來選用合適的鉆頭。
　　
　　1 胎體耐磨性與鋼筋砼的適應性
　　
　　金剛石以無與倫比的硬度和優良的機械力學性能使金剛石工具成為加工各種堅硬材料不可缺少的有效工具之一。在建筑施工中，越來越廣泛地使用金剛石工具來鉆切鋼筋砼制品，但對金剛石鉆切鋼筋砼的研究學術報導很少，尤其金剛石鉆頭胎體耐磨性與鋼筋砼適應性的研究就更少。我們對金剛石鉆頭胎體與鋼筋砼的適應性進行了詳細的分析與研究。
　　金剛石鉆頭碎巖過程，一方面使金剛石在高轉速、較大壓力下因摩擦產生高溫，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，鉆進過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相適應。當胎體磨損速度大于金剛石磨損速度時，將導致金剛石出刃過大而過早脫落，這反映了胎體耐磨性過低；當金剛石磨損速度小于胎體的磨損速度時，導致鉆頭不出刃甚至被拋光而出現打滑現象，在此種情況下即使給鉆機加大壓力，亦無法鉆進，此時加壓只能加大動力機的負載，導致動力機超載運轉，這是較危險的。
　　因此，依據胎體的耐磨性與不同標號鋼筋砼的研磨性和硬度的特征，金剛石鉆頭胎體可設計為中等研磨性胎體配方，即GW2號配方，此配方對砼的適用性較好，胎體性能穩定性好，且在較弱或較強研磨性砼鉆進時，均具有較好的適應性。無論從金剛石鉆頭的研究制造，還是從使用選型來講，GW2號胎體配方的耐磨性與鋼筋砼的研磨性是相適應的。
　　今天用傳統的胎體硬度表征方法來研究制造金剛石鉆頭已經很不適應科學技術迅速發展的需要了。在生產實踐中發現，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，所取得的鉆進效果亦不相同。所以我們不難解釋多年來一些用戶提出的一大問題，就是選用不同廠家生產的金剛石鉆頭，盡管硬度相同，金剛石參數基本相同，但使用效果大不相同，有的與鋼筋砼適應，有的卻不適應。實際上，問題的癥結就在于雖然胎體硬度相同，但耐磨性不同，所以效果不一樣。生產實踐證明，我們研究胎體耐磨性與鋼筋砼研磨性的適應性是必要的。
　　
　　2 金剛石參數與鋼筋砼的適應性
　　
　　薄壁金剛石鉆頭與鋼筋砼相適應，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與之匹配。金剛石強度、粒度和濃度直接影響鉆頭的鉆進效率和使用壽命，但是金剛石強度、粒度和濃度的確定主要取決于鋼筋砼的研磨性、強度和硬度。
　　2.1 金剛石品級對鉆進鋼筋砼效果的影響
　　我們在廊坊市某高層住宅樓鉆切鋼筋砼使用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效果
　　編號 金剛石強度(kg.顆-1) 鉆頭直徑/mm 個數/個 總進尺/m 時效/(m.h-1) 平均壽命/(m.個-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時效和平均壽命相差較大。由此可見，由于鋼筋砼抗壓強度和硬度都較高，品級較低的金剛石在鉆進中極易被磨鈍，效果就有較大的差別。因此，只有盡量用高品級金剛石才能在鋼筋砼鉆進中取得好的效果。
　　2.2 金剛石濃度對鋼筋砼鉆進效果的影響
　　金剛石濃度是一個很重要的參數，尤其對鉆進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，單顆金剛石鉆進時負擔太大，在新的金剛石還未出露之前它就過早地磨鈍或崩刃脫落，使整個鉆頭失去鉆進能力。反之，濃度過高，鉆頭底唇金剛石面積很大，單顆金剛石承受的壓力很小，而鋼筋砼的抗壓強度和硬度很高，從而金剛石難以出刃，造成鉆頭無法進尺。所以，我們從實踐與理論分析，對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，提高鉆進效率。在鋼筋砼鉆進中，金剛石濃度與鉆進時效見表2。
　　表2 金剛石濃度與鉆進時效
　　編號 濃度/% 個數/個 總進尺/m 時效/(m.h-1) 平均壽命/(m.個-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 沒有用完
　　
　　注：鉆頭直徑120 mm，金剛石強度18 kg/顆。
　　從表2可以看出，同一種胎體配方，選用同樣品級的金剛石，由于金剛石濃度不同，它們的鉆進時效也不同，當濃度從25%～75%變化時，鉆進鋼筋砼的時效也隨之有規律地變化。當濃度為45%～50%時時效最高，而高于或低于此值時 ，效果都顯著下降。
　　2.3 金剛石粒度對鋼筋砼鉆進效果的影響
　　在對鋼筋砼的鉆進中，金剛石粒度應滿足兩個基本規律：一是在保證金剛石品級相同的情況下，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，這是因為質量大小相同的金剛石粗粒與細粒的總表面積不同，所以相同濃度金剛石的出露總面積亦不同。也就是說，細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的壓力就小。具體到鋼筋砼來講，如果選用較細粒度的金剛石，雖然金剛石出露的總面積增大了，但胎體出露面積相應減小，不易被磨損，產生鉆進不進尺現象。因此在鉆進鋼筋砼時，我們選用40～50目粒度的金剛石，濃度為45%，在生產試驗中取得了很好的效果。
　　
　　3 結論
　　
　　由于鋼筋砼硬度高、強度大，尤其高標號砼結構致密，薄壁金剛石鉆頭在鉆進鋼筋砼時，條件十分惡劣，時效較低。通過研究和試驗，我們認為，要提高薄壁金剛石鉆頭在鋼筋砼中的鉆進效率，必須合理選擇鉆頭的主要性能參數：
　　(1)根據鋼筋砼的特點，鉆頭胎體耐磨性應為中等，不能太軟，否則會因胎體磨損快造成金剛石大量提前脫落引起時效的顯著下降。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的深度很小，使鉆頭進尺緩慢，甚至不進尺。
　　(2)選用高品級的金剛石作為鉆頭孕鑲料。
　　(3)采用適應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。
　　
　　作者簡介：李焰：女，1954年生，原地礦部勘探技術研究所，工程師；1977年畢業于河北地質學院地質勘探專業；現從事薄壁金剛石工程鉆機和金剛石制品的研究工作，曾主持過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；電話：0316-2015312轉2248。 王生福：原地礦部勘探技術研究所。