МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Я. КУПАЛЫ»

Реферат по теме « Технология производства строительных материалов из горных пород »

Гродно

Существует много способов обработки, они позволяют придать бесформенной породе достойный внешний вид, создать определенную фактуру, скрыть недостатки. Существуют специальные ГОСТы, которые предусматривают, как необходимо обрабатывать камень тем или иным способом. Природные камни различаются по своему химическому составу, структуре породы, прочности, поэтому разные виды камней подходят для разных типов обработки. При этом, применив различные виды обработки к одной и той же разновидности камней, вы получите поверхность с совершенно разными декоративными свойствами.

Технологический процесс, в результате которого камню придают требуемую форму, размер и фактуру лицевой поверхности, состоит из ряда операций, которые на предприятиях в настоящее время выполняются почти полностью механизированным способом.

Современный технический прогресс позволил камнеобрабатывающей промышленности применять для обработки камня различные методы разрушения горных пород, которые подразделяются на два вида: механические и физико-технические.

Механические методы обработки камня, такие, как скалывание, резание и ударное разрушение, до настоящего времени являются наиболее распространенными.

Скалывание придает камню неравномерную грубую фактуру, похожую на естественный скол горной породы. Скалывание применяется для получения строительных изделий с фактурой "Скалы" и производится, как правило, вручную с помощью набора клиньев. При этом используются анизотропные и хрупкие свойства камня. В последнее время в практику все шире внедряются колочные станки относительно простой конструкции, имеющие два стальных ножа, армированных твердосплавным инструментом, приводимых в движение гидравлическими цилиндрами.

При обработке камня методом скалывания достигается несколько видов фактурной обработки, которые подразделяются на следующие группы: фактура рельефной и плоской "Скалы". Первая получается путем скалывания по периметру лицевой поверхности камня закольником и молотком. В процессе обкалывания камню можно придать рельеф различной глубины.

При расколе камня на колочном станке может быть получена менее рельефная фактура "плоской скалы". Рельеф фактуры "Скала" имеет высоту от 50 мм и более; бугристая фактура, характеризующаяся наличием на лицевой поверхности равномерно распределенных бугров и впадин, получаемых от обработки скалывающими инструментами. Эта фактура подразделяется на мелкобугристую с высотой рельефа 3 - 7 мм и крупнобугристую с высотой рельефа 7 - 15мм. Бугристую фактуру получают путем раскалывания камня на колочных станках или обработкой камня шпунтом и узкой скарпелью; рифленая фактура характеризуется наличием параллельных борозд с высотой рельефа от 0,5 до 3 мм и достигается путем обработки распила пород средней твердости троянкой. Рифленая фактура может быть достигнута путем обработки камня на строгальных станках с помощью гребенчатого резца.

Пиление чаще всего используется для обработки песчаника и фельзита. Пиление производят с помощью станков с пильной рамой или с помощью ультразвука. Поверхность, обработанная пилением, может иметь неровности до 2 мм. Распиловку могут производить с использованием различных абразивных материалов, что делает поверхность камня более шероховатой или более гладкой. Использование ультразвука позволяет раскрыть цвет и рисунок камня, несмотря на высокую шероховатость поверхности.

Резание - это наиболее современный способ обработки камня. Самое широкое распространение в настоящее время получила обработка камня штрипсовой распиловкой, которая подразделяется на:

- штрипсовую распиловку с применением стальной и чугунной дроби;

- алмазно-штрипсовую распиловку.

Дисковая распиловка сейчас приобретает все более широкое распространение, применяется для распиловки пород любой прочности и подразделяется на два вида:

- алмазно-дисковая распиловка

- дисковая распиловка резцами.

Для отрезания плит используются дисковые фрезы, армированные алмазом или твердым сплавом ВК8, а для получения чистотесанной декоративной поверхности широко применяются торцевые фрезы. Камни шлифуются на станках портального, рукавного, планетарного и других типов. При этом процесс шлифовки состоит из нескольких этапов, как правило, из пяти. Это грубое шлифование, черновое шлифование, первое и второе шлифование и лощение. Шлифование производится шлифовальными шарошками на карборундовом зерне, либо шлифовальным инструментом на синтетических алмазах. Камень полируется войлочными и матерчатыми кругами с применением пасты ГОИ (оксида хрома), либо азотнокислого олова.

В последнее время в практике камнеобрабатывающих предприятий все чаще внедряется полирование алмазными инструментами. При резании камня вышеизложенными методами достигается ряд фактур обработки.

В практике такой фактурной обработки чаще всего встречаются три вида: шлифование, лощение, полирование.

Шлифование – процесс резания металлов с помощью абразивного инструмента, режущим элементом которого являются зерна. Зерна, обладающие высокой твердостью, теплоустойчивостью и острыми кромками, соединены специальными связующими веществами в шлифовальные круги, сегменты, головки, бруски и шкурки; применяют зерна и в виде паст и порошков.

Выступающие зерна абразивного материала, прочно закрепленные в шлифовальном круге связующим (цементирующим) веществом, при вращении круга с большой скоростью (до 80 м/с) срезают (царапают) слой металла с заготовки в виде очень мелкой стружки. Большое число стружек (до сотни миллионов в минуту) и их малая толщина (несколько микрон) обусловливаются малым размером самих режущих зерен-резцов и большим количеством зерен, одновременно участвующих в резании (царапании). Вследствие малого сечения среза и большой скорости резания шлифование обеспечивает высокую точность (2 – 1-й класс) и малую шероховатость обработанной поверхности (7 – 12-го класса), а поэтому этот процесс чаще является окончательной (отделочной) операцией. Однако шлифование успешно применяют и для снятия больших объемов металла, заменяя обработку заготовки резцом или фрезой.

Процесс стружкообразования при шлифовании приближается к резанию, осуществляемому зубом фрезы. Несмотря на малые размеры срезаемого слоя, получаемая при шлифовании стружка имеет то же строение и вид, что и стружка, получаемая при фрезеровании. Здесь также имеют место упругое и пластическое деформирование, тепловыделение, упрочнение, износ и др. Но так как не все зерна одинаково участвуют в работе, то наряду с нормальной (мелкой) стружкой при шлифовании получается еще и металлическая пыль, которая при высокой температуре спекается. Высокая температура при шлифовании (до 1000 – 1500° С) возникает в результате наличия у зерен разнообразной, неправильной геометрии режущей части (отрицательного переднего угла) и большой скорости резания. С увеличением износа зерен температура при шлифовании повышается, что может вызвать деформацию детали, прижог, структурные изменения и трещины на обработанной поверхности. Для снижения температуры при шлифовании сталей применяют обильное (10 – 60 л/мин) охлаждение. Смазочно-охлаждающие жидкости способствуют также удалению абразивной и металлической пыли из воздуха и очищению пор круга от продуктов отхода, повышают производительность и уменьшают шероховатость обработанной поверхности; снижается и размягчение связки круга, которое получается вследствие нагрева.

При шлифовании заготовок из сталей наибольшее распростра­нение имеют следующие смазочно-охлаждающие жидкости: 1) 1%-ный раствор кальцинированной соды и 0,15%-ный раствор нитрита натрия; 2) 2%-ный водный раствор мыльного порошка; 3) 5 – 7%-ный водный раствор эмульсола; 4) 3,5%-ный водный раствор нейтрального эмульсола на основе олеиновой кислоты. При шлифовании заготовок из алюминия применяют керосин или керосин с добавкой минеральных масел. Заготовки из чугуна и меди часто шлифуют без охлаждения, но при этом желательно наличие пылеотсосов.

Наряду с общими явлениями, присущими и другим видам обработки металлов резанием, процесс шлифования имеет особенности: 1) режущая кромка шлифовального круга не сплошная, а прерывистая, так как зерна отстоят друг от друга на некотором расстоянии; 2) зерна шлифовального круга неправильной, округленной в вершинах геометрической формы, произвольно расположены в круге, что является причиной отрицательного и непостоянного значения переднего угла; 3) вследствие пирамидальной и округленной формы режущей части зерна возникает сложная зависимость между глубиной и шириной впадины, образуемой на обработанной поверхности каждым зерном-резцом; 4) в процессе работы шлифовальный круг может самозатачиваться, т. е. под действием повышенной нагрузки на затупленное зерно последнее может расколоться или чаще всего выкрошиться из связки, обнажив новые острые зерна, которые и будут продолжать резание; 5) вследствие округления вершины зерна и нулевой толщины среза в момент, предшествующий царапанию – срезанию (т. е. при врезании), зерна подвергаются большому трению о поверхность резания, образованную впереди идущими зернами-резцами) 6) процесс снятия стружки зерном происходит за короткий промежуток времени (0,0001 – 0,00005 с). Эти особенности делают процесс резания при шлифовании более сложным, чем при других видах обработки, и создают большие трудности как при теоретическом, так и экспериментальном его исследовании. Шлифованная поверхность скрывает рисунок камня, ходить по шлифованному камню гораздо удобнее, подошва не скользит, поэтому шлифованный камень - частый материал для укладки пола.

Лощение – это вид обработки натурального камня, при котором применяются абразивные полировальные круги. Если хотят добиться гладкой, но не зеркальной поверхности, используют лощение. Это программа шлифовки материала (мрамора, гранита, оникса, травертина) по той же технологии, что и полировка.

Cхема лощения следующая: cначала происходит шлифовка слэба грубыми абразивами веществами, затем применяют абразив из более эластичного материала (резины), поверхность камня обрабатывается вкупе с алмазным порошком, во время чего в зону обработки подается вода. После чего применяется полировка поверхности, переходящая на более мелкие абразивы. Однако если говорить на техническом языке, то при лощении не используются последние два номера абразивных полирующих кругов. В итоге получается ровная гладкая поверхность без явного зеркального блеска.

После лощения поверхность натурального камня приобретает матовую, бархатистую текстуру. Природный материал лишается даже самых мельчайших царапин и сколов. Лощеная фактура отлично проявляет природный рисунок камня.

В первую очередь, лощение применяется в качестве дизайнерского элемента. Имея приятную матовую текстуру, оно удачно впишется в любой интерьер. Еще один плюс лощения – это эффект противоскольжения.

Однако лощение бывает нескольких разновидностей. При обработке камню можно придать разный тип грубости. Можно оставить как ровную, так и более грубую поверхность, тем самым варьируя степень противоскользящих свойств.

Лощение значительно продлевает экплуатацию мраморного или гранитного пола, а также изделий из натурального камня. К данной процедуре часто прибегают для реставрации камня. Лощение также применяется для защиты природного материала от воздействия влаги и загрязнения.

Полирование — заключительный процесс обработки камня, в результате которого его поверхности придают зеркальный блеск, полностью выявляющий фактуру, цвет, рисунок и структуру породы. Полирование камня было освоено первобытным человеком ещё в неолите. В камнеобрабатывающем производстве полирование камня выполняют на Шлифовально-полировальных станках с помощью войлочных кругов, работающих с полирующей суспензией (порошки оксидов хрома, олова, алюминия и т.п. с водой), жёстких полировальников. Полирование камня — комплекс взаимосвязанных механических (микроабразивных) и физико-химических процессов, соотношение между которыми обусловлено видом используемого инструмента. При полировании камня алмазным кругом преобладают механические процессы, протекающие на контакте инструмента с поверхностью камня: при суммарном воздействии многочисленных алмазных зёрен полировального круга происходит выкалывание крупинок камня, в результате чего обрабатываемая поверхность покрывается чередующимися микроскопическими выступами и углублениями с величиной неровностей 0,01-0,001 мкм. При таком характере микрорельефа поверхность камня становится блестящей, приобретая высокую светоотражающую способность. Химические реакции между камнем и водой, сопутствующие механическим процессам полирование камня алмазным кругом, приводят к образованию коллоидных плёнок сложных химических соединений (например, кремниевой кислоты при обработке пород силикатного состава) на поверхности камня; такие плёнки защищают поверхностный слой от дальнейшего гидролитического разложения.

При полировании камня войлочным кругом со свободной полирующей суспензией либо жёсткими полировальниками со связанным полирующим веществом определяющую роль играют физико-химические процессы. В результате химического взаимодействия между поверхностью камня, полирующим веществом и связкой полировального круга на поверхности камня образуется слой (блестящая плёнка) толщиной до 0,1 мкм из комплексного органического соединения. Существенную роль при этом играет вода, которая в силу своей полярности может интенсифицировать процесс катионного обмена. Рациональные технологические режимы полирование камня (при конвейерных способах обработки): окружная скорость полирования 8-12 м/с, скорость рабочей подачи 0,5-2 м/мин, давление прижима инструмента 0,04-0,2 МПа, производительность 8-15 (на мраморе), 1,5- 6 м2/ч (на граните).

На эффективность процесса полирования камня существенное влияние оказывает полируемость камня, которая оценивается двумя показателями: величиной предельного блеска (отражательной способностью после полировки) и необходимым временем, затрачиваемым на полирование камня до предельного блеска. В зависимости от величины первого показателя (оценивают по шкале блескометра в % к эталону) камень классифицируют на 4 категории: I — отличная полируемость (85-100%), II — хорошая (70-85%), III — посредственная (35- 70%) и IV — плохая (ниже 35%). По значению второго показателя (оценивают в относительных единицах к эталону) камни подразделяют на 3 группы: I — легкополируемые (относительное время полировки 1-2), II — среднеполируемые (2-5) и III — труднополируемые (более 5).

Бучардирование (от фр. Boucharde – металлический четырехгранный молоток) – это придание поверхности натурального камня шероховатости для предотвращения скольжения. Бучардирование также применяться для снятия верхнего изношенного слоя.

Техника бучардирования заключается в применении твердосплавных деталей, звездочек, закрепленных на рабочей головке. Зубья звездочек производят ударно-вращательные движения для воздействие на поверхность камня, что приводит к частичному разрушению поверхности, которая в результате процедур получается шероховатой. Степень шероховатости регулируется с помощью подбора количества и размера твердосплавных зубьев на звездочках.

Есть и другая технология получения поверхности бучардирования: ударное воздействие пневматическими молотками, имеющими твердосплавные наконечники – иглы. При реализации этой технологии поверхность натурального камня получается более грубой. Характерной особенностью бучардирования является универсальность применения данной обработки как для мрамора, так и для гранитаЗачастую, в дизайне внутренних помещений можно встретить элементы натурального камня, обработанные по технологии бучардирования, – мраморные и гранитные ступени, элементы панно из натурального камня, композиции, полы из натурального камня, душевые зоны. Однако основное применение бучардирования – это внешняя отделка домов и приусадебных участков. К ним относятся:

-Входные группы: ступени (поверхность проступи целиком или одной-двумя полосами), лестничные площадки;

-Отделка цоколя загородных домов гранитными плитами с обработкой «бучардирование»;

-Приусадебные дорожки и мощение отмосток домов.

Термообработка. При сильном нагревании камня верхний его слой начинает плавиться, образуется особый вид фактуры - шероховатость с шелушением. Основным видом обработки натурального камня является термообработка полезных ископаемых с повышенной твердостью. К строительным камням повышенной твердости можно отнести такие камни, как гранит и песчаник, содержащие в своем химическом составе кварц, слюду и кремний. Процесс обработки, который проходит камень, называют обработкой пламенем или термообработкой. В его основе лежит отделение и отслоение верхнего слоя камня под воздействием горящей горелки. Газопламенная струя, направленная на камень, воздействует на его поверхность, тем самым отшелушивая верхний слой, оставляя лишь особенную фактуру камня. При температуре около 1350° С получают шероховатую поверхность камня. С помощью горелки камень приобретает соответствующую форму и желаемую поверхность.

Для данного вида работ применяют сварочные горелки соответствующей величины и размера. Горелки приспособлены так, что при высокой температуре сгорания смесей пропана и бутана, кислорода и пропана поверхность отслаивается небольшими плитками, не образуя при этом трещин и шелушения. Размеры кристаллов и продолжительность воздействия пламени на поверхность влияет на зернистость получаемой фактуры камня.

Очень часто возникают проблемы из–за несоблюдения технологических требований при термообработке камня. При термообработке свыше 1450о С камень приобретает красно-оранжевый цвет, образуя на поверхности трещины. Для того, чтоб температура не превышала желаемой, используют горелки двух типов: обработка камня пламенем с водяным охлаждением и обработка пламени «всухую».

Термообработка при направленной горелки высокой температуры на определенный участок поверхности камня с помощью дисков под определенным углом (35 - 45°) добиваются отслоение поверхности камня. Такой вид обработки называют обработкой пламенем.

Техника термообработки «всухую» отличается от техники обработки пламенем. При таком виде обработки из-за очень высокой температуры во избежание повреждения поверхности камня горелку необходимо охлаждать, делая перерывы в работе.

Горелки с водяным охлаждением, работающие в постоянном режиме, охлаждают, затем из специальной термокамеры для переработки газов жидкость подается по трубкам непосредственно на рабочий камень, при этом охлаждают и его и тем самым делают возможным дальнейшую обработку плиток. Такой процесс предохраняет от образование трещин в плитках и не дает возможности слишком перегреваться камню. Данный способ термообработки является наиболее безопасным и рекомендуемым.

Метод термообработки камня пламенем напрямую зависит от величины насадки горелки и ее головки.

Горелки имеют разные размеры и для работы с ними используют разные виды насадок. Кроме горелок машинного типа существуют горелки с мануальным управлением. Горелки ручного управления, размером 120 см (вместе с кислородным копьем), имеют легкую переносную конструкцию. Благодаря таким приспособлениям термообработка камня пламенем может производиться на любом предприятии, что соответственно повышает спрос на данный вид продукта.

В среднем термообработка поверхности гранитной плиты 1 м2 занимает около 10 минут, для результата требуется 1 газобаллон (напр. 11 кг пропана). Одного газобаллона кислорода хватает для того, чтоб обработать 10-12 м2 необходимой поверхности камня.

Из–за воздействия содержащихся в камне органических веществ, которые могут вступить в реакцию с щелочью, входящей в состав неправильно подобранной клеевой смеси, окрас плиты может поменять цвет.

На плите могут образоваться пятна или полосы, которые особенно заметны на светлом камне. Во избежание этих проблем применяют особенный быстродействующий раствор, позволяющий моментальному связыванию воды, во избежание поднятия ее по капиллярам поверхности плиты.

В любой момент каменному покрытию можно придать хороший внешний вид, так как уход за ним не составит большого труда. Камень легко моется водой, а трещины на нем можно заделать специальной шпатлевкой. Те места, которые со временем тускнеют, можно будет отполировать особым воском. Но при уходе не стоит забывать о том, что при уходе за мрамором и известняком следует избегать химикатов, содержащие в себе различные виды кислоты.

Термообработанный камень в дальнейшем используют для изготовления тротуарных плиток, плиток для лестниц и других каменных изделий
Тест

1. Какой вид обработки необходимо использовать, что бы получить гладкую, но не зеркальную поверхность?

А) Лощение

Б) Шлифование

В) Бучардирование

Г) Полирование

2. Какой вид обработки необходимо использовать, что бы придать зеркальный блеск, полностью выявляющий фактуру, цвет, рисунок и структуру породы?

А) Бучардирование

Б) Шлифование

В) Полирование

Г) Термообработка

3. Какой вид обработки делает поверхность шероховатой с шелушением

А) Скалывание

Б) Лощение.

В) Полировка.

Г) Термообработка

4. Какие виды обработки придают камню шереховатость?

А) Полировка

Б) Лощение

В) Шлифовка

Г) Бучардирование

5. Какой вид обработки придает камню неравномерную грубую фактуру, похожую на естественный скол горной породы.

А) Термообработка

Б) Скалывание

В) Бучардирование

Г) Шлифовка

6. В какой обработке по камню производят ударно-вращательные движения для воздействие на поверхность камня.

А) Скалывание

Б) Термообработка

В) Полировка

Г) Бучардирование

7. При какой обработке возможно получить высокую шереховатость с раскрытым цветом и рисунком камня?

А) Пиление

В) Шлифование

Б) Скалывание

Г) Лощение

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: