Основы производства материалов из натурального камня
Сырье
Для производства материалов из природного камня используют горные породы, которые состоят из одного природного минерала, т.е. примерно однородные по свойствам и химическому составу. Как правило, эти вещества полиминеральные, имеющие в составе несколько минералов. Встречаются и мономинеральные.
Рассмотрим классификацию горных пород, основанную на условиях из образования - генетическую, а также их основные характеристики.
Изверженные породы довольно разнообразны по своим физико-механическим свойствам. Когда магма застывает на глубине и ее компоненты успевают кристаллизоваться, образуются т.н. интрузивные (глубинные) породы, которые отличаются полнокристаллической структурой. В том случае, когда магма изливается на поверхность, т.е. в зону более низких температур, то ее составные части не имея времени для кристаллизации, застывают, образуя диффузные породы - со скрыто- и мелкокристаллическими структурами.
Природным камням данной группы, в основном, свойственны высокая плотность, теплопроводность и прочность. Они используются только в качестве отделочных и конструкционно-отделочных материалов.
Отметим, что среди интрузивных пород наиболее распространены граниты, а среди эффузивных — базальты. Большая часть изверженных пород отличается высокой стойкостью по отношению к атмосферному давлению. Благодаря этому, их часто используют для таких работ, как наружная отделка зданий, производство памятников и скульптур, устанавливаемых на открытом воздухе.
Довольно часто встречаются и обломочные (как рыхлые, так и цементированные) изверженные породы основным свойством которых является относительно высокая пористость - это пемза и вулканический туф.
В основе формирования осадочных пород лежит процесс преобразования продуктов разрушения изверженных пород, морских и континентальных осадков в виде отдельных пластов и слоев на земной поверхности и вблизи нее при относительно низких температурах и давлении. Механические отложения образовались благодаря осаждению или накоплению рыхлых продуктов распад существовавших ранее пород. Часть из них в дальнейшем цементировалась, образовав брекчии, конгломераты и песчаники.
Что касается химических осадков, то они возникли в результате осаждения из водных растворов минеральных веществ, которые затем оказались уплотнены и цементированы. Орнатогенное образование химических осадков - это непосредственный результат осаждения, уплотнения и цементации остатков водорослей, организмов и продуктов их жизнедеятельности.
Среди осадочных пород механического образования, наиболее распространен песчаник, который обычно представляет собой зерна кварца, которые оказались сцементированы в природе кремнистым или известковистым цементом. Песчаник - популярный материал для строительства, благодаря хорошей обрабатываемости и долговечности.
В свою очередь, среди осадочных пород химического образования наиболее распространен гипсовый камень. Главным образом, он используется для внутренней отделки помещений, поскольку недостаточно стоек для наружной.
Относительно широко используется в качестве отделочного материала травертин. Это карбонатная порода, которая образуется в результате выпадения осадков из горячих вод. Травертину свойственна ноздреватая микроструктура, придающая изделиям из него необычную фактуру. Сфера его применения как внутренняя, так и наружная отделка.
Чрезвычайно редким отделочным и поделочным камнем является полупрозрачный мраморный оникс, его запасы ограничены, что составляет дополнительную ценность.
Еще одна разновидность осадочных пород - доломит. При содержании в карбонатной породе на уровне 50-90% его называют "известковым доломитом", меньше 50% - "доломитовым известняком". С равным успехом используется как для наружной, так и внутренней отделки.
В природе породы органического происхождения довольно распространены и широко применяются в строительстве.
Главное органическая порода - это известняк, который используется в качестве стенового (пористые, известняки-ракушечники), а также облицовочного (плотные виды) материала. Известняк является продуктом жизнедеятельности животных и растительных организмов, его основной компонент - минерал кальцита. Сырье для образование известняков может быть самым разным, так известняки-ракушечники состоят из раковин моллюсков, шламовые образованы из раздробленных органических осадков, а рифовые сложены преимущественно из остатков водорослей и кораллов.
Встречаются известняки и химического происхождения, например, известковые туфы. Они образуются в результате осаждения кальцита из растворов.
Генезис метафорических (видоизмененных) пород проходит в толще земной коры, благодаря преобразованию изверженных или осадочных горных пород под действием высоких температур и давления, на фоне возможных химических реакций.
Метаморфические породы отличаются от исходных структурой и свойствами. Структурно они делятся на на массивные (зернистые), такие как мрамор и кварцит, и сланцеватые - гнейсы, сланцы.
Наиболее распространенная метафорическая порода, которая широко используется в строительстве - это мрамор. Данное название объединяет плотные карбонатные породы, которые могут заметно отличаться по своим свойствам. Мрамор, главным образом, используется для внутренней отделки. Однако, в силу его относительно высокой истираемости применение мрамора в качестве напольных покрытий ограничено.
Основы технологии
Добытые в карьере блоки камня поступают на камнеобрабатывающие предприятия для переработки. Процесс обработки камня, когда ему придают необходимую форму, размер и фактуру лицевой поверхности состоит из ряда последовательных операций, выполняемых специальными камнеобрабатывающими станками.
В современном производстве камень обрабатывается механическим способов, при этом, в зависимости от характера инструмента, выделяют три главных вида обработки - резание, шлифование и скалывание. Каждый вид делится на две стадии - придание камню требуемой формы и размера, и фактурную обработку. Последнее достигается путем придания лицевой поверхности изделия заданной степени рельефа.
Резание — самый современный способ обработки камня, его отличает высокая производительность, он дает меньше отходов и допускает максимальную автоматизацию производства. Для пород мягкой и средней твердости используют стальные и твердосплавные резцы, для средней твердости и твердых - алмазный и карборундовый инструменты.
Часто применяется обработка скалыванием, хотя этот способ имеет ряд недостатков. В большинстве случаев необходимо постоянное участие оператора, что делает данный метод весьма трудоемким. Процесс ударной обработки камня пока не полностью механизирован и автоматизирован.
Придание камню необходимой формы состоит из двух стадий - вначале придают форму лишь очень грубо приближенную к необходимой и лишь затем приводят в соответствие с проектом. Разделение данной стадии обработки на два этапа повышает производительность оборудования, дифференцируя его работу, поскольку каждая операция выполняется на специализированных станках. Для получения требуемой фактуры абразивную обработку обычно производят на шлифовально-полировальных станках.
Благодаря шлифованию поверхности камня удается достичь высокой степени ее гладкости. Для появление зеркального блеска используют войлочный круг, под который подают полировальный порошок. Шлифование ведется до получения поверхности с заданной степенью шероховатости. Особенности рельефа зависят от применяемой технологии. При фактурной обработке шлифованную фактуру с рельефом 0,2—0,5 мм получают при распиловке природного камня алмазными инструментами. В тоже время, фактура камня, которые подвергается обработке с помощью скалывающих инструментов, может характеризоваться наличием глубокого (до 50 мм и более) рельефа, создающего четкую светотень, повышающую декоративный эффект. Самый выразительный вид рельефа облицовочного камня это чередующиеся бугры и впадины. Более сложна фактура неглубокого рельефа, которая достигается последовательной обработкой поверхности специальными инструментами.
В настоящее время камнеобрабатывающая промышленность достигла больших технологических успехов, например, стало возможно получение тонкопиленых плит природного камня для облицовки, толщиной не более 10 мм. Были внедрены технологии ультразвуковой, плазменной и лазерной обработки материала, что позволило увеличить выпуск материалов при одновременном снижении их себестоимости и повышении качества.