Монолитные бетонные здания и сооружения рассчитаны на многие десятилетия эксплуатации. Но что если на протяжении этого времени нужно поменять назначение здания?

К счастью, сносить старое и строить новое не потребуется. Можно обойтись минимальной хирургией, но для нее необходимы правильные инструменты, способные сразиться с бетоном на равных. «Популярная механика» побывала на производстве алмазных строительных инструментов.

«Можно сказать, что успехом мы отчасти обязаны ошибкам строителей и проектировщиков, — смеется Дмитрий Климашев, коммерческий директор завода «Дельта», выпускающего основу инструмента — алмазные сегменты. — Помню, был случай, когда строители залили стены комнаты, а потом обнаружили, что попасть внутрь невозможно: в проекте просто забыли предусмотреть хотя бы одну дверь. А бывают и ошибки самих строителей: скажем, дверь в документации есть, но сделать ее забудут. И вот тогда в дело вступают наши алмазные инструменты, способные без побочных разрушений и точно в размер резать бетон».

Впрочем, алмазные инструменты применяются в строительстве достаточно широко даже там, где никаких ошибок не допущено. При перепрофилировании зданий зачастую нужно вырезать части перекрытий или просверлить отверстия под арматуру для усиления фундамента. «Вот сейчас мы как раз переделываем одно такое здание, — говорит Дмитрий Климашев. — Оно планировалось как автостоянка, но новые владельцы решили сделать из него торговый центр. А если здание нужно просто демонтировать, а оно стоит в тесной городской застройке? В этом случае ни взрывом, ни стальной бабой (гирей на тросе) это сделать невозможно — вот тут и приходят на помощь режущие алмазные диски, которыми мы выполняем хирургическое удаление».

Спецзадания

Но, конечно, самые интересные задачи — специальные. По словам начальника отдела развития Андрея Пугачева, как раз это направление и подтолкнуло компанию к развитию собственного производства алмазного инструмента (вначале она только оказывала услуги). Среди специальных задач Андрей вспоминает вскрытие случайно заблокированной сейфовой комнаты, очень трудоемкое из-за высокого наполнения бетона арматурой, или ремонт взлетно-посадочной полосы Краснодарского аэродрома, где за восемь часов нужно было вырезать поврежденную бетонную плиту, поставить новый каркас, залить быстротвердеющим бетоном и успеть покинуть полосу до того, как ее торца коснулся колесами самолет.

Иногда для таких работ приходится изготавливать и совершенно уникальный инструмент. «Когда открывали филиал сцены Большого театра, нужно было вывести воздуховоды под каждое кресло, но дело осложнялось тем, что поверх бетона был уже уложен дорогой деревянный паркет, — вспоминает Дмитрий Климашев. — Нам пришлось придумывать, как просверлить паркет, вставить туда обсадные трубы, чтобы защитить дерево от охлаждающей воды, и внутри всего этого сверлить отверстие под воздуховод. Потом обнаружилось, что в перекрытии над уже готовой сценой забыли высверлить отверстия под микрофоны. Там вообще нельзя было использовать воду для охлаждения, так что мы разрабатывали и изготавливали специальные сверла для работы всухую. А уже перед открытием обнаружили, что барабан не проходит в оркестровую яму, так что нам пришлось оперативно вырезать для него дополнительный проем».

Связующее звено

Путь к режущему бетон алмазному диску или коронке начинается с алмазного порошка. Он состоит из монокристаллов синтетического алмаза размерами обычно 400−600 мкм. «Можно использовать и натуральные алмазы, но синтетические имеют более стабильные и прогнозируемые характеристики, и они гораздо дешевле, — объясняет главный технолог завода «Дельта» Сергей Церман. — Алмазный порошок смешивают с порошкообразным связующим веществом, например кобальтом. Режущим элементом служат алмазы, а связующее вещество удерживает их в инструменте. Постепенно алмазы затупляются и вылетают из связующего, которое стачивается и обнажает следующий слой новых алмазов, готовых к работе».

Это, конечно, в идеальном случае. Если алмазы затупятся раньше, чем вылетят, инструмент «встанет». Такое иногда возникает, если нагрузка, приложенная к диску, слишком мала, и грани алмазов заполировываются. Если же, наоборот, алмазы будут вылетать раньше, чем затупятся, диск очень быстро израсходует свой ресурс. Баланс между ресурсом инструмента и скоростью резания (режущими свойствами) — это как раз одна из основных проблем разработки режущих элементов.

По словам Сергея Цермана, в зависимости от задач в связующее добавляют и другие вещества. Скажем, карбид вольфрама для повышения износостойкости и увеличения ресурса, или более мягкие медь или бронзу для работы по высокоармированному бетону, или олово для работы по мрамору.

Алмазные кольца

В полученную смесь (шихту) добавляют клей, а затем из этого состава делают гранулы миллиметрового размера — с помощью экструзии (продавливания сквозь решетку) или накатки при смачивании. «Цель гранулирования — сделать так, чтобы каждый алмазик был окружен металлом. Это придает смеси сыпучесть и предотвращает разделение на фракции при автоматизированной виброподаче, — говорит Дмитрий Климашев. — В некоторых компаниях смесь дозируется вручную, в этом случае гранулирование необязательно».

Гранулы порциями подаются в цех холодного прессования, где из них на прессе с усилием в 15 т изготавливают брикеты. Это предварительное прессование, оно нужно, чтобы будущие режущие элементы сохраняли форму до момента загрузки в печь. Поскольку в состав порошка входят чрезвычайно твердые кристаллы алмаза, пресс-форма обычно служит всего лишь около 10000 раз. Брикеты помещаются в графитовые формы, а затем отправляются в печь, где через форму пропускают электрический ток, разогревающий их до высокой температуры. Брикеты спекаются под давлением в вакууме или азотной атмосфере (на воздухе при высоких температурах алмаз начинает гореть) по специальной программе.

Полученные сегменты маркируют лазером и приваривают к корпусу диска или коронки с помощью лазерной сварки (часто для этого сегменты снабжают небольшим слоем связующего, не содержащего алмазов).

Надстроить дом

Отверстия в бетоне могут понадобиться, если нужно укрепить основание здания, чтобы, например, надстроить еще несколько этажей. В этом случае алмазные коронки помогают проделать в бетонных плитах фундамента отверстия, через которые можно пропустить элементы для усиления конструкции.

Алмазный инструмент. Технологии изготовления

Формовка в графитовых формах

Предварительно сформованные холодным прессованием брикеты из смеси алмазов и связующего (порошки металлов) зажимают в графитовой форме и ставят в печь, где разогревают электрическим током в вакууме или азотной атмосфере и спекают под давлением.

Свободное спекание

Предварительно сформованный холодным прессованием брикет кладут на противень и «запекают» в печи в водородной среде при нормальном давлении, в результате чего он немного уменьшается в объеме. Простая технология дает возможность массового выпуска, но плохо поддается автоматизации.

Горячая допрессовка

Нанесенный на инструмент слой алмазов со связующим разогревают, а затем помещают под пресс. В основном используется для мелкого режущего инструмента (отрезные диски для ручных машин).

Гальваническое заращивание

На инструмент наносятся чередующиеся слои алмазного абразива и никеля (гальваническим методом). Такие инструменты недешевы, но имеют большой ресурс. Обычно этот метод используется для производства режущих канатов, а также инструментов для ювелирного дела и медицины.

Вакуумная пайка

На инструмент наносятся чередующиеся слои алмазного абразива и металла — методом осаждения из газовой фазы в вакуумной камере.

Пропитка

Поверх брикета, сформованного холодным прессованием, помещают кусочек металла (обычно меди). После нагрева в печи медь плавится и пропитывает брикет. Этот процесс используется для изготовления бурового инструмента, но дорог и плохо автоматизируется.

Рождение режущих элементов

Алмазная пыль

Основа режущего инструмента — это порошки, состоящие из кристаллов синтетического алмаза. От зернистости порошка (размера кристаллов) зависит чистота обработки поверхности. Для строительных инструментов используются в основном порошки с зернистостью 400−600 мкм.

Работа на износ

Испытания режущих инструментов — обязательная составляющая разработки и производства сегментов. Износ и режущие свойства измеряются на специальных тестовых бетонных блоках с заданными составом, плотностью и армированием.

/// «Популярная механика», 13.04.2015. «Хирургическое вмешательство: как здания режут алмазом»