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 её 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 её 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 слоёв на земной поверхности и вблизи неё 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 распространён 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 распространён 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.

Ещё 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 (видоизменённых) 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 массивные (зернистые), такие как мрамор и кварцит, и сланцеватые — гнейсы, сланцы.

Наиболее распространённая 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 путём придания лицевой поверхности изделия заданной степени рельефа.

Резание — самый современный способ обработки камня, его отличает высокая производительность, он даёт меньше отходов и допускает максимальную автоматизацию производства. Для пород мягкой и средней твёрдости используют стальные и твердосплавные резцы, для средней твёрдости и твёрдых — 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 трудоёмким 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 удаётся достичь высокой степени её гладкости. Для появление зеркального блеска используют войлочный круг, под который подают полировальный порошок. Шлифование ведётся 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 чёткую 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 тонкопилёных 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.