浅谈金刚石绳锯在钢筋混凝土切割中的应用发展

张 俊，张 喆，莫 睿

(1.桂林特邦新材料有限公司,广西 桂林 541004;2.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 广西超硬材料重点实验室，广西 桂林 541004;3.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司 国家特种矿物材料工程技术研究中心，广西 桂林 541004)

0 引言

金刚石绳锯作为一种高精柔性切割工具，已历经了近50余年的发展。在其诞生之前，国内外石材大板曾经用砂锯加工技术进行切割。该方法存在切割板材表面质量平整度差、切割效率低和对环境污染严重等弊端。在此背景条件下，高效、高精和环保型金刚石绳锯一经推广，迅速占领砂锯市场，被广泛应用于大理石及花岗岩荒料开采和异形石材加工等被我们熟知的领域，同时在大型构筑物、建筑物、桥墩等钢筋混凝土建筑物的拆除和分解中也有着出色的表现[1-2]。如在珠海横琴新区金源国际广场项目支撑梁拆除工程中[3]，金刚石绳锯切割总量为4500 m3的钢筋混凝土，施工周期仅为18天，相较于传统的机械或人工拆除方式至少缩短42天，节约施工成本近73万元，取得了良好的经济效益和社会效益。

1 金刚石绳锯在混凝土切割应用中的发展历史

20世纪70年代，金刚石绳锯首次被意大利研究者引入天然矿石场中进行使用，当时的金刚石串珠普遍采用电镀方法进行制备，该方法制备得到的金刚石绳锯金刚石粘结强度低，使用寿命短。在随后的发展中，研究者开始尝试采用粉末冶金工艺中的烧结方式进行替代，并于1986年在花岗岩锯切应用上取得巨大成功[4]，其应用领域不断向外拓展。除在大理石及花岗岩等石材开采及异形石材加工领域得以大量应用外，还在建筑行业(图1)中的整修和拆除方面崭露头角。

图1 金刚石绳锯切割混凝土

相较于手动式气动凿岩机、破碎锤以及炸药等常规切割手段，金刚石绳锯能成功占领市场并快速发展，主要得益于其高效、高精和环保等迎合当下趋势的加工特点。金刚石绳锯除可提供高效的切割速率外，同时还能保证被切割物的表面平整光滑，有效降低设备能耗、人工成本、废弃物、噪音以及粉尘污染等。尤其是适用于复杂、特殊的切割环境，如狭小空间及水下作业等，不受混凝土构件方向、角度和尺寸的制约，对建筑物的其他结构无不利影响。

2 国外研究发展

早期，国外研究者常采用直径为6 mm左右的高强度钢丝绳、直径为11 mm，长度不超过10 mm的金刚石串珠以及每米40粒金刚石串珠的结构设计，用以保证金刚石绳锯在混凝土切割时具有一定的切割速率和使用寿命。随着研究的不断深入，开始从金刚石串珠的配方、烧结方式等方面入手，如采用性能优异的钴基配方，采用高热稳定的40/50目美国网状人造金刚石以及高温烧结等，从而保证金刚石绳锯可以在1 m2/h左右的速度下自由快速切割，并减少锯切过程中诸如混凝土等磨料工件材料对金刚石串珠造成的侵蚀风险。

随后，为了保证在切除大体积的钢筋混凝土时金刚石绳锯可具有更大的出刃高度和强度，GARRARD R[5]等将40/50目美国网状人造金刚石替换为高强度的30/40目，从而实现线速度和切割速率的双重突破，线速度从20 m/s提升至30 m/s，切割速率几乎达到了翻倍的效果；又或是采用更粗粒度的金刚石，使用250SPC替换700SPC金刚石颗粒，在锯切2.5 m2的钢筋混凝土时，粗粒度制备的金刚石绳锯切削效率可提升1.4倍左右，使之更适用于实际工程应用；还有部分研究者开始采用钎焊的方式进行金刚石串珠的制备，更好地控制了串珠中金刚石颗粒的分布及总磨损速率，获得优异的整体性能及更大的出刃高度。但由于钢筋混凝土是一种复合材料，成分结构复杂，目前国外该应用领域还未形成一个完整、统一的理论。

3 国内研究发展现状

在国内，相比于矿山荒料开采和高硬石材加工领域而言，金刚石绳锯在钢筋混凝土的切割应用仍占比较少，仅有少数的科研院校及生产机构对其进行研究与生产，并未形成规模。且由于金刚石绳锯在工程切割领域起步较晚，推广范围窄，在串珠配方、理论研究、切割工艺等方面的研究仍整体落后于国外，研究的深度与广度不足。

在串珠配方研究方面，采用了新型预合金粉末取代传统单质粉末，改善了混料烧结后坯体的成分不均，进而提高了金刚石串珠的硬度、弯曲强度和冲击性能，使之具有良好的锋利度和使用寿命。在实际切割高钢筋含量混凝土梁时，切割速度可达2.0～2.8 m2/h，使用寿命可延长至2.7～3.3 m2/m，其施工成本大大低于传统钢筋混凝土用金刚石绳锯，具有较高的性价比[6]。

在基础理论研究方面，对金刚石绳锯在混凝土切割过程中的锯切力进行研究。研究表明，锯切力会随金刚石绳锯轴向运动速度的提高而降低，随金刚石绳锯进给速度的提高而提高。并且锯切力中的垂直方向力与水平方向力的比值为4.45，呈明显的线性关系[7]。

在实际切割应用方面，研究者对钢筋混凝土管架支撑[8]、桥梁拆除[9]、地铁基坑混凝土支撑[10]等在实际工程进行了大量的现场研究与分析。通过在诸多工程中的实践应用，结果表明，金刚石绳锯不仅机械化程度高，周期短，高效环保，还具有很强的施工灵活性，不会对切割件的构造产生影响。随着研究与应用的不断深入，这些优势的影响力及效果也必将快速扩大，取代传统爆破、人工拆除等落后施工方式，获得更为广阔的市场及应用前景。

4 结语

虽然目前金刚石绳锯在矿山绳锯市场前景仍稳中向好，但结合国家“十四五”规划及“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生”的理念，特别是“全面提高资源利用效率”中对矿产资源及不可再生资源的保护与合理使用，必定会对国内矿山绳锯市场产生一定冲击，并趋于收窄趋势。相比而言，金刚石绳锯在钢筋混凝土等大型工程的切割应用，国内外市场仍处于一片蓝海，下游潜在市场极大，随着深入发展必将迎来爆发式增长。但介于目前我国对此类方向的整体研究开发不足，还需科研学者们继续加大对金刚石绳锯基础理论与实际应用的研究投入，加快实现我国2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”的伟大目标。