Природные каменные материалы и изделия имеют немало преимуществ по сравнению с другими видами отделочных строительных материалов: прекрасные художественно-декоративные качества, высокую механическую прочность, долговечность, морозостойкость, устойчивость против воздействия агрессивных вод. Но их использование затрудняют: нарушение экологического равновесия при разработке карьеров, дальние перевозки и неравномерность залегания на территории СССР. Так, камнеобрабатывающие предприятия Украинской ССР добывают более 60 % всех блоков природного камня, получаемых в Советском Союзе, но граниты и лабрадориты украинских месторождений обрабатываются и предприятиями других советских республик.
Каменные природные облицовочные материалы делятся на дробленые, пиленые и офактуренные. При этом, в зависимости от средней плотности, они могут быть плотными (средняя плотность более 2200 кг/м3, пористость менее 10 %) и пористыми (средняя плотность не более 2200 кг/м3, пористость более 10%). По прочности горные породы в камнедобывающей промышленности делятся на две группы: группу гранита и группу мрамора.
Дробленый материал в виде щебня используется в отделочном слое при производстве наружных стеновых панелей.
Пиленый материал представляет собой изделия, являющиеся конструкционными при возведении стен зданий и одновременно выполняющими функции отделочных материалов. Блоки, распиливаемые для получения облицовочных плит, в зависимости от способа распиловки бывают двух типов: I тип — распиливаемые рамными, канатными и ленточными пилами; II тип — распиливаемые дисковыми пилами.
Специальная обработка лицевой поверхности камня полированием, шлифованием (табл. 2.5), бучардированием способствует его офактуриванию.
Природные каменные материалы отличаются достаточно высокими физико-механическими свойствами.
Магматические и метаморфические породы характеризуются большой плотностью (средняя плотность 2200—3300 кг/м3) и малым водопоглощением, максимальное значение которого обычно не превышает 4 %. Плотное строение предопределено условиями образования пород. Функцией плотности является прочность, которая, однако, может существенно снижаться для водонасыщенного камня. Например, прочность гранита в сухом состоянии 50—280 МПа, а в водонасыщенном — 35—215 МПа, лабрадорита соответственно 55—260 и 47—230 МПа.
Структура горных пород изменяется с возрастом. Например, древние месторождения гранитов характеризуются крупнокристаллической структурой, молодые — мелкокристаллической. Это, в свою очередь, также влияет на свойства камня, например уменьшается прочность и увеличивается водопоглощение древних пород.
Породы осадочного происхождения типа известняков и доломитов характеризуются значительными колебаниями показателей свойств даже в пределах одного месторождения. Это объясняется исключительным разнообразием их структур и текстур. Согласно данным лаборатории физико-механических исследований горных пород ИГЕМ АН СССР, природные каменные материалы обладают высокой долговечностью (табл. 2.6).
Требования к облицовочным каменным материалам регламентируются ГОСТ 9479—84, ГОСТ 9480—77, ГОСТ 4001—84. К облицовочным материалам для полов предъявляются дополнительные требования — истираемость должна быть не более 2,2 г/см2 при интенсивности движения не менее 500 чел.·ч и не более 0,5 г/см2 при интенсивности движения более 1000 чел.·ч.
В камнеобрабатывающей промышленности, занятой получением каменных материалов, в том числе предназначенных для отделки, наметились основные тенденции развития, направленные на повышение эффективности производства:
- расширение использования ресурсов мрамора, гранита, известняка, туфа и других горных пород;
- широкое применение облицовочных материалов из природного камня для устройства износостойких полов, цоколей, колонн и декоративной отделки наружных и внутренних стен общественных зданий;
- комплексная механизация работ по добыче, обработке и транспортированию блоков и плит;
- использование высокопроизводительного серийного оборудования с алмазным и твердосплавным инструментом.
Технология получения облицовочных плит и плиток включает следующие основные операции: отделение в карьере крупных блоков от массива залегающей породы; транспортирование блоков на камнеперерабатывающие заводы; распиливание блоков на плиты и отделка их поверхности.
В табл. 2.8 приведен комплекс основных горных работ при добыче блоков.
Буровзрывные работы разрешается производить только с применением в качестве взрывчатого вещества дымного пороха. Монолит от массива отделяется в основном методом шпуровых зарядов, реже — методом скважинных зарядов. Сущность шпурового метода заключается в бурении шпуров диаметром до 38 мм с расстоянием между ними 0,5—0,7 м. Удельный расход пороха при этом составляет 0,25—0,3 кг/м3 породы. При скважинном методе бурят скважины диаметром до 106 мм с расстоянием между ними 25—3 м. Удельный расход пороха в этом случае составляет 0,3—0,35 кг/м3.
Скважинный метод применяется в исключительных случаях в связи с тем, что при нем уменьшается выход блоков и снижается их качество, так как образуются микротрещины. Этим методом пользуются при производстве мелких изделий (бортовой камень, брусчатка и т. п.) или при затруднительности применения других способов разработки месторождения.
Шпуры бурятся перфораторами, а скважины — с помощью станков ударно-вращательного бурения. Монолит от массива может отделяться с помощью буровзрывного метода, а также буроклиновым способом.
Блоки из монолита получают с помощью частого пробуривания шпуров ручными перфораторами (для ответственных сооружений) либо клинобуровым, либо термическим способом. Термический способ получения гранитных блоков осуществляется с помощью терморезаков.
Полная механизация получения мраморных блоков возможна при использовании камнерезательных машин с кольцевыми фрезами, частичная — при производстве работ буроклиновым способом.
В месторождениях с гористым рельефом могут применяться канатные пилы.
В зависимости от вида горной породы (твердой или средней твердости), а также типа блока (I или II) применяют различные технологические схемы получения облицовочных плит. Переработка блоков в облицовочные плиты включает следующие основные технологические операции: распиловку, шлифование-полирование, фрезерно-окантовочные работы, ударную обработку, колку, термоструйную обработку и др. Наиболее механизированы операции распиливания, шлифования-полирования, окантовывания.
Технология получения облицовочных плит из блоков I типа твердых пород включает следующие операции:
- распиливание блоков на плиты-заготовки с помощью камнераспилочных станков рамного типа со стальным или алмазным режущим инструментом;
- абразивную обработку лицевой поверхности пиленых плит, состоящую из ряда последовательных операций (табл. 2.9);
- раскрой и окантовывание плит-заготовок с лицевой поверхностью на плиты заданных размеров при помощи фрезерно-окантовочных станков с алмазным инструментом.
Технология получения облицовочных плит из блоков II типа разработана лабораторией декоративного камня ВНИИЖелезобетона и состоит из следующих операций:
- распиливания блока однодисковыми камнераспиловочными станками на плиты-заготовки толщиной от 150 до 400 мм;
- разбрусовки полученных плит-заготовок на бруски-заготовки многодисковыми распиловочными станками, оснащенными алмазными отрезными кругами;
- распиливания брусков-заготовок на облицовочные плиты многодисковыми распиловочными станками с алмазными отрезными кругами;
- абразивной обработки лицевой поверхности облицовочных плит на ленточном шлифовально-полировальном конвейере до получения заданной фактуры.
Образующиеся отходы от камнедробления и камнеобработки могут использоваться в виде рядового или декоративного щебня. Тонкие фракции от распиливания известковых пород применяются для раскисления почв в сельском хозяйстве, в дорожном строительстве.
Облицовочные плиты из пород средней твердости (например, известняковых), имеющие высокую пористость, покрываются специальными пленками кремнийорганических жидкостей или полимерных материалов с целью предохранения от разрушения атмосферными агентами.