Cắt phá bê tông bằng tia nước

Cắt phá bê tông bằng tia nước là một loại thiết bị có khả năng cắt bê tông, kim loại hay các vật liệu khác bằng một tia nước được nén lại với áp suất và tốc độ rất lớn, đồng thời trong hỗn hợp nước đó có pha trộn một số loại phụ chất khác giúp việc cắt được thi công được nhanh hơn.

* Lịch sử hình thành và phát triển:
Năm 1950, tiến sĩ Norman Franz đã thử dùng máy cắt tia nước để cắt gỗ. Tuy nhiên kỹ thuật này đã không được phát triển cho đến tận những năm 1970 khi tiến sĩ Mohamed Hashish, khi đó làm việc tại phòng thí nghiệm của FLow (Mỹ) đã tìm cách tăng khả năng cắt của máy cắt tia nước để cắt kim loại. Ông đã tạo ra một phương pháp kỹ thuật đó là thêm vào dòng tia nước có áp suất cao và tốc độ lớn các hạt mài để tăng khả năng cắt. Năm 1983, Flow cung cấp cho trị trường sản phẩm máy cắt tia nước dùng hạt mài đầu tiên, được coi là hãng sản xuất nắm giữ phát minh quan trọng này. Ngày nay việc cắt bằng tia nước đã được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực. Một số loại tia nước hay được dùng gồm: tia nước không có hạt mài, tia nước có trộn hạt mài, tia nước va đập. Công nghệ cắt tia nước có hạt mài tiếp tục được phát triển liên tục khi mà áp suất cắt hiện nay đã lên tới 94kpsi, gấp 3 lần thời điểm nó mới ra đời.

* Nguyên lý của quá trình này tương tự như sự xói mòn bởi nước ở trong tự nhiên nhưng nhanh hơn và tập trung hơn. Nó thường được sử dụng cho việc chế tạo các vật mẫu hoặc sản xuất các bộ phận máy móc, thiết bị. Nó cũng được sử dụng để cắt, tạo hình dáng, tạo lỗ, khoan, chạm khắc trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau từ khai thác mỏ đến hàng không vũ trụ. Nó có thể cắt được kim loại, bê tông, đá, hay các vật cứng khác.

* Cấu tạo 
+ Máy nén áp
+ Hệ thống vòi phun:

Hình 1: Cấu tạo vòi phun

1 - Chiều dài đầu phun
Vòi phun mài mòn tạo ra một dòng tia nước mạnh để cắt phá bê tông, sắt thép hoặc các loại vật liệu khác. Chiều dài ống trộn tối ưu là 3 "- 4" (75 mm - 100 mm).
2 - Sự liên kết của các bộ phận
Các lỗ trộn hỗn hợp mài ( bằng kim cương ) và vòi phun mài mòn phải chính xác khi ứng dụng trong gia công.
3 - Lỗ chuẩn
Bên trong vòi phun mài mòn phải được gia công để đảm bảo sự liên kết hoàn hảo với các dòng bằng tia nước.
4 - Đường kính của dòng
Một dòng nhỏ có đường kính bằng tia nước là 0,10" (0,25 mm) giúp tạo ra những sản phẩm chất lượng với năng suất cao nhất. Tốc độ có chậm hơn khi sử dụng một vòi phun có đường kính lỗ bé hơn là 0.014" (0,36 mm) hoặc lớn hơn lỗ , vì ít nước và phụ chất ăn mòn được sử dụng.
5 - Sự khác biệt khi điều chỉnh vòi phun

Hình 2: Sự khác biệt khi điều chỉnh vòi phun

Duy trì một khoảng cách gần giữa vòi phun và sản phẩm cần chế tạo giữa 0.040 "và 0,060" (1,0 - 1,5 mm) là rất quan trọng để sản xuất các bộ phận chính xác và cũng nhận được hiệu quả tối đa từ các tia nước. Khi vòi phun được đưa lên cao hơn sẽ khiến tia nước được mở rộng khi tiếp xúc với bề mặt nguyên liệu, điều này cũng làm giảm áp lực nước khiến cho vết cắt mở rộng hơn và giảm tốc độ cắt rất nhiều. Nếu khoảng cách giữa vòi phun và vật liệu được tăng ¼" thì tốc độ cắt phải được giảm khoảng 20% để đạt được kết quả tốt nhất.

* Ứng dụng trong phá bê tông:

Hình 3: Ứng dụng trong đục phá bê tông

Khi áp lực nước được giảm xuống và vòi được lắp vào một cần cầm tay, sẽ giúp ích rất nhiều trong phá bê tông khối hoặc phá bề mặt.

- Tách bỏ lớp Bê tông bề mặt bị suy yếu hoặc khuyết tật, mà không làm ảnh hưởng đến lớp cốt thép và phần BTCT tốt cần giử lại, thích hợp cho sửa chửa mặt cầu, sàn nhà xưởng, trụ cầu, khe co giản. . .
- Cắt các kết cấu bê tông cốt thép có chiều dày tới 1M và cường độ tới M 500.
- Cắt các kết cấu thép ở các vùng nhạy cảm cháy nổ như bồn chứa nhiên liệu, đường ống gas xăng dầu, tàu dầu. . .
- Thi công với công nghệ thân thiện môi trường, không rung động, không phát sinh cháy nổ không tạo biến dạng nhiệt, độ chính xác cao.

* Ứng dụng trong chế tạo:
Việc cắt bằng tia nước cũng ít tạo ra vết cắt trên vật liệu. Chiều rộng của mũi cắt (tia nước) có thể thay đổi bằng việc thay đổi độ rộng của vòi cắt hay loại hạt mài và kích cỡ hạt mài. Tia nước có hạt mài thường tạo ra vết cắt có độ rộng từ 0,9 mm đến 1,2 mm nhưng cũng có thể nhỏ hơn, khoảng 0,4 mm. Tia cắt không có hạt mài tạo ra vết cắt có chiều rộng từ 0,17 đến 0,35 mm, nhưng có thể nhỏ hơn, khoảng 0,075 mm, vết cắt nhỏ như tóc của con người. Những vết cắt nhỏ này có thể tạo được các chi tiết rất nhỏ trong các ứng dụng.

* Lợi ích:
Việc cắt bằng tia nước không bị hạn chế bởi độ dày vật thể, có thể cắt được các vật có độ dày trên 20 inch. Với việc cắt bằng tia nước theo cách thức: nước được bơm và nén vào một bình nén có áp suất cao sau đó được phụt qua một cái vòi nhỏ, việc cắt vào các vật là do sự bắn phá của dòng tia nước có tốc độ cao này. Áp suất cắt có thể đạt từ 40.000 psi đến trên 87.000 psi. Việc thêm vào dòng tia nước các hạt mài cũng hỗ trợ cho quá trình cắt bằng tia nước. Do đặc tính dễ thay đổi của dòng cắt nên tia nước có thể cắt được nhiều vật liệu khác nhau từ bê tông, đá, gỗ, vải hay đến các kim loại. Cũng có vài loại vật liệu không thể cắt bằng tia nước như một số loại thủy tinh đặc biệt, hay một số loại gốm. 
Một lợi ích quan trọng khác của việc cắt bằng tia nước là khi cắt vào các vật liệu nó không làm thay đổi cấu trúc bên trong, vốn có của vật liệu và không gây nóng vật liệu. Việc giảm tối thiểu sự ảnh hưởng của nhiệt độ trong phương pháp này cho phép các kim loại sau khi cắt không bị hỏng hay thay đổi tính chất của kim loại do nhiệt độ.

* Những lưu ý khi thi công:

Hình 4: Đảm bảo tuyệt đối an toàn khi thi công

- Cung cấp đầy đủ thiết bị bảo hộ cho người sử dụng, những dụng cụ này là chuyên biệt, có tác dụng chịu lực và giảm tác động từ các mảnh bê tông bắn lên.

- Nguồn nước sử dụng phải sạch, tuyệt đối không được sử dụng các loại nước nhiễm phèn để thi công.

Kết luận:

Sử dụng tia nước để phá bê tông và sử dụng trong chế tạo đã được bởi các nước tiên tiến trên thế giới, nhưng ở Việt Nam, công nghệ này đang còn khá xa lạ do chi phí đầu tư lớn và sự hạn chế của các mặt hàng phụ trợ như bột kim cương sử dụng để cắt. Hy vọng trong thời gian tới, với sự phát triển và hội nhập rất nhanh của Việt Nam, thiết bị này có thể được áp dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng và chế tạo của nước nhà.