Абстракт
Құрылыс индустриясы материалды өңдеуде тиімділікті, дәлдікті және беріктікті арттыру үшін озық кесу материалдарын енгізумен технологиялық төңкеріс жасауда. Ерекше қаттылығы мен тозуға төзімділігімен поликристалды гауһар жинағы (PDC) құрылыс қолданбалары үшін трансформациялық шешім ретінде пайда болды. Бұл мақалада құрылыстағы PDC технологиясын, оның ішінде материалдық қасиеттерін, өндіріс процестерін және бетон кесу, асфальт фрезерлеу, тасты бұрғылау және арматуралық шыбықтарды өңдеудегі инновациялық қолданбаларын кешенді зерттеу қарастырылған. Зерттеу сонымен қатар PDC енгізудегі қазіргі қиындықтарды талдайды және құрылыс технологиясын одан әрі төңкеріс жасай алатын болашақ үрдістерді зерттейді.
1. Кіріспе
Әлемдік құрылыс индустриясы жобаны жылдам аяқтауға, жоғары дәлдікке және қоршаған ортаға әсерді азайтуға деген сұраныстың артуына тап болуда. Дәстүрлі кескіш құралдар көбінесе бұл талаптарға сай келмейді, әсіресе заманауи жоғары беріктіктегі құрылыс материалдарын өңдеген кезде. Поликристалды гауһар ықшам (PDC) технологиясы әртүрлі құрылыс қолданбаларында бұрын-соңды болмаған өнімділік ұсынатын ойынды түбегейлі өзгертетін шешім ретінде пайда болды.
PDC құралдары синтетикалық поликристалды алмас қабатын вольфрам карбидінің негізімен біріктіріп, беріктігі мен кесу тиімділігі тұрғысынан дәстүрлі материалдардан асып түсетін кесу элементтерін жасайды. Бұл мақалада PDC негізгі сипаттамалары, оның өндіріс технологиясы және қазіргі заманғы құрылыс тәжірибелеріндегі өсіп келе жатқан рөлі қарастырылады. Талдау қазіргі қолданыстарды да, болашақ әлеуетті де қамтиды, PDC технологиясының құрылыс әдіснамаларын қалай қайта құрып жатқаны туралы түсінік береді.
2. Құрылысқа арналған PDC материалдық қасиеттері және өндірісі
2.1 Бірегей материалдық сипаттамалар
Ерекше қаттылық (10 000 HV) абразивті құрылыс материалдарын өңдеуге мүмкіндік береді
Тозуға төзімділігі жоғары, бұл вольфрам карбидіне қарағанда 10-50 есе ұзақ қызмет ету мерзімін қамтамасыз етеді.
Жоғары жылу өткізгіштік** (500-2000 Вт/мК) үздіксіз жұмыс кезінде қызып кетудің алдын алады
Вольфрам карбидінің негізінің соққыға төзімділігі құрылыс алаңының жағдайларына төтеп береді
2.2 Құрылыс құралдарына арналған өндіріс процесін оңтайландыру**
Гауһар бөлшектерін таңдау: Оңтайлы өнімділік үшін мұқият сұрыпталған гауһар ұнтағы (2-50 мкм)
Жоғары қысымды күйдіру: 1400-1600°C температурада 5-7 ГПа қысым берік алмас пен алмас байланысын жасайды
Негіз инженериясы: Белгілі бір құрылыс қолданбаларына арналған вольфрам карбидінің арнайы формулалары
Дәл пішіндеу: күрделі құрал геометриялары үшін лазерлік және EDM өңдеу
2.3 Құрылысқа арналған мамандандырылған PDC маркалары
Бетон өңдеуге арналған жоғары абразивті төзімділік кластары
Темірбетон кесуге арналған жоғары әсерлі сорттар
Асфальтты фрезерлеуге арналған термиялық тұрақты сорттар
Дәл құрылыс қолданбаларына арналған ұсақ түйіршікті сорттар
3. Қазіргі құрылыстағы негізгі қолданыстар
3.1 Бетонды кесу және бұзу
Бетонды жоғары жылдамдықпен аралау: PDC пышақтары кәдімгі пышақтарға қарағанда 3-5 есе ұзақ қызмет етеді
Сым ара жүйелері: ірі көлемді бетон бұзуға арналған гауһармен сіңдірілген кабельдер
Дәл бетон фрезерлеу: бетті дайындауда субмиллиметрлік дәлдікке қол жеткізу
Оқиғалық зерттеу: Калифорния штатындағы ескі Бэй көпірін бұзу кезіндегі PDC құралдары
3.2 Асфальтты фрезерлеу және жолды қалпына келтіру
Суық фрезерлеу станоктары: PDC тістері барлық ауысымдар бойы өткірлікті сақтайды
Дәлдік деңгейін бақылау: Айнымалы асфальт жағдайларында тұрақты өнімділік
Қайта өңдеу қолданбалары: RAP (қалпына келтірілген асфальт төсемі) таза кесу
Өнімділік туралы деректер: дәстүрлі құралдармен салыстырғанда фрезерлеу уақытын 30% қысқартады
3.3 Іргетас бұрғылау және қадалар қалау
Үлкен диаметрлі бұрғылау: диаметрі 3 метрге дейінгі бұрғыланған қадаларға арналған PDC қашаулары
Қатты жыныстарға ену: Гранит, базальт және басқа да қиын түзілімдерде тиімді
Қадалы іргетастарды тереңдету құралдары: Іргетастарды дәл бекіту
Теңізде қолдану: жел турбинасының негізін орнатудағы PDC құралдары
3.4 Арматуралық штангаларды өңдеу
Арматураны жоғары жылдамдықпен кесу: Деформациясыз таза кесіктер
Жіпті илеу: дәл арматуралық жіпті ою үшін PDC қалыптары
Автоматтандырылған өңдеу: роботтық кесу жүйелерімен интеграция
Қауіпсіздік артықшылықтары: Қауіпті ортада ұшқынның пайда болуын азайтады
3.5 Туннельді бұрғылау және жер асты құрылысы
TBM кескіш бастары: жұмсақ және орташа қатты жыныс жағдайындағы PDC кескіштері
Микротуннельдеу: коммуналдық қызметтерді орнату үшін дәл бұрғылау
Жерді жақсарту: ағынды ерітіндімен өңдеу және топырақты араластыруға арналған PDC құралдары
Оқиғаны зерттеу: Лондонның Crossrail жобасындағы PDC кескішінің өнімділігі
4. Кәдімгі құралдармен салыстырғанда өнімділік артықшылықтары
4.1 Экономикалық пайда
Құралдың қызмет ету мерзімін ұзарту: карбидті құралдарға қарағанда қызмет ету мерзімі 5-10 есе ұзағырақ
Жұмыс уақытының азаюы: Құралдарды аз ауыстыру жұмыс тиімділігін арттырады
Энергияны үнемдеу: Кесу күшінің төмендеуі қуат тұтынуды 15-25%-ға азайтады
4.2 Сапаны жақсарту
Беткі қабаттың жоғары сапасы: екінші реттік өңдеу қажеттілігінің азаюы
Дәл кесу: бетон қолдануда ±0,5 мм шегіндегі төзімділік
Материалды үнемдеу: Бағалы құрылыс материалдарындағы керф шығынын азайту
4.3 Қоршаған ортаға әсері
Қалдықтардың азаюы: құралдың қызмет ету мерзімінің ұзаруы қалдықтардың аз болуын білдіреді
Шу деңгейінің төмендеуі: Тегіс кесу әрекеті шудың ластануын азайтады
Шаңды басу: Таза кесулер ауадағы бөлшектерді аз шығарады
5. Қазіргі қиындықтар мен шектеулер
5.1 Техникалық шектеулер
Үздіксіз құрғақ кесу қолданбаларындағы термиялық ыдырау
Жоғары арматураланған бетондағы соққыға сезімталдық
Өте үлкен диаметрлі құралдардың өлшем шектеулері
5.2 Экономикалық факторлар
Дәстүрлі құралдармен салыстырғанда бастапқы құны жоғары
Арнайы техникалық қызмет көрсету талаптары
Зақымдалған PDC элементтерін жөндеудің шектеулі нұсқалары
5.3 Саланы қабылдаудағы кедергілер
Дәстүрлі әдістерден өзгерістерге қарсылық
Құралды дұрыс пайдалану бойынша оқыту талаптары
Мамандандырылған PDC құралдары үшін жеткізу тізбегіндегі қиындықтар
6. Болашақ үрдістер мен инновациялар
6.1 Материалтану саласындағы жетістіктер
Беріктікті арттыру үшін наноқұрылымды PDC
Оңтайландырылған қасиеттері бар функционалдық тұрғыдан бағаланған PDC
Өздігінен қайрайтын PDC формулалары
6.2 Ақылды құралдар жүйелері
Тозуды бақылауға арналған ендірілген сенсорлар
Нақты уақыттағы реттеу мүмкіндігі бар бейімделгіш кесу жүйелері
Болжамды ауыстыруға арналған жасанды интеллектпен жұмыс істейтін құралдарды басқару
6.3 Тұрақты өндіріс
Пайдаланылған PDC құралдарын қайта өңдеу процестері
Төмен энергиялы өндіріс әдістері
Алмаз синтезіне арналған биологиялық катализаторлар
6.4 Жаңа қолданба шекаралары
3D бетон басып шығаруды қолдау құралдары
Автоматтандырылған роботтық бұзу жүйелері
Ғарыштық құрылыс қолданбалары
7. Қорытынды
PDC технологиясы бетон өңдеуде, асфальт фрезерлеуде, іргетас жұмыстарында және басқа да негізгі қолданбаларда теңдесі жоқ өнімділікті ұсына отырып, заманауи құрылыс техникасының маңызды құралы ретінде өзін көрсетті. Құны мен мамандандырылған қолданбалардағы қиындықтар әлі де болса, материалтану мен құрал-сайман жүйелеріндегі үздіксіз жетістіктер PDC-нің құрылыстағы рөлін одан әрі кеңейтуге уәде береді. Сала құрылыс технологиясындағы жаңа дәуірдің табалдырығында тұр, мұнда PDC құралдары жылдамырақ, тазарақ және дәлірек құрылыс әдіснамаларының талаптарын қанағаттандыруда барған сайын маңызды рөл атқаратын болады.
Болашақ зерттеу бағыттары өндіріс шығындарын азайтуға, соққыға төзімділікті арттыруға және жаңа құрылыс материалдарына арналған мамандандырылған PDC формулаларын әзірлеуге бағытталуы керек. Бұл жетістіктер жүзеге асқан сайын, PDC технологиясы 21 ғасырдағы құрылыс ортасын қалыптастыруда одан да маңызды бола түсуге дайын.
Сілтемелер
1. Құрылыс материалдарын озық алмас құралдарымен өңдеу (2023)
2. Қазіргі заманғы бұзу тәжірибелеріндегі PDC технологиясы (Құрылыс инженериясы журналы)
3. Ірі жобаларда PDC құралдарын енгізудің экономикалық талдауы (2024)
4. Тұрақты құрылысқа арналған гауһар тас құралдарының инновациялары (Materials Today)
5. Инфрақұрылымдық жобаларға арналған PDC өтініміндегі кейс-стадилер (ICON Press)
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 7 шілде
