Изделия из камня и требования к их качеству

На протяжении всей истории человечества природный камень использовался не только как строительный материал, но и как исходный материал для производства изделий декоративного, художественного, технического назначения, а также широко использовался в быту.

Номенклатура изделий из камня постоянно изменялась и расширялась. Если первобытный человек использовал твердые разновидности камня как инструментальный материал, высокодекоративные камни — в качестве украшений, а некоторые породы — для производства бытовых изделий (посуды, мебели и др.), то в дальнейшем камень становится одним из основных строительных и архитектурных материалов.

В настоящее время природный камень не потерял своего значения в строительстве и, кроме того, он широко используется в быту, технике, в производстве декоративно-прикладных изделий и др. В табл. 8.1. приведены основные области использования природного камня.

Основным изделием (до 40 % от объема), выпускаемым предприятиями, являются облицовочные плиты

Схематическое изображение облицовочного изделия — плиты приведено на рис, 8.1.

На территории СНГ действует ГОСТ 9480—89 на плиты облицовочные из природного камня, согласно которому допускается изготовление плит следующих размеров, мм:

• длиной 150—1500;

• шириной 150—1200 или полосок и шашек менее 150;

• толщиной 8—30 или 40 из мраморизованного известняка, туфа, ракушечника, известняка.

Предельные отклонения от номинальных размеров плит даны в табл. 8.2.

Отклонения от прямого угла облицовочных плит на 1 м длины должны быть не более ±1 мм.

Фактура лицевой поверхности облицовочных плит должна соответствовать данным табл. 8.3

В последнее время в связи с повышением точности обработки, автоматизации производственных процессов за рубежом широкое распространение получил новый вид продукции из природного камня — стандартные облицовочные плиты с одинаковыми линейными размерами всей партии облицовочных изделий, высокой технологической готовности (наличие фасок на всех гранях лицевой поверхности, специальные элементы на задней крепежной поверхности и др.), минимизированными допусками линейных и угловых размеров «модульные плиты». В табл. 8.4 приведены ограничительные размеры подобных изделий, наиболее часто используемые размеры, допуски на эти размеры, а также размеры основных элементов плит.

Дефицитность и дороговизна декоративною каменного сырья является предпосылкой развития разнообразных технологических процессов с использованием отходов и некондиционных продуктов добычи и обработки камня в производстве облицовочных плит и изделий. Плиты типа «кафель» выпускаются обычно толщиной 3—8 мм и размерами в плане (мм) 100х100; 150х150; 150х300 и др.

Учитывая высокие декоративные свойства природного камня и его высокую стоимость, широкое распространение за рубежом получили облицовочные декоративные плиты с мозаичной, брекчиевидной и орнаментной поверхностями, изготовляемые с использованием природного камня (отходы, щебень, бут и др.) и различных неорганических (цемент и др) и органических (смолы, клеи) связующих. Эти плиты используются как в наружной, так и внутренней облицовке зданий и сооружений. В странах СНГ эти плиты получили меньшее распространение, но объемы их производства и использования в силу ряда объективных причин должны в ближайшие годы возрасти.

В зависимости от способа изготовления плиты подразделяются на три типа (ГОСТ 24099—80):

I —прессованные или формованные;

II — пиленые из искусственно отформованных блоков (пильный камнебетон),

III — склеенные из кусков камня правильной или произвольной формы.

Лицевая поверхность плит должна быть для I типа — мозаичной (M), брекчиевидной (Б) или орнаментной, II типа — мозаичной или брекчиевидной, III типа — мозаичной, брекчиевидной или орнаментной.

Мозаичную лицевую поверхность получают с использованием декоративного щебня из природного камня; брекчиевидную лицевую поверхность получают из кусков природного камня произвольной формы или из смеси кусков природного камня произвольной формы и декоративного щебня, орнаментальную лицевую поверхность получают из природного камня правильной формы.

Для наружной и внутренней облицовки зданий, сооружений. лестниц, площадок, оград, парапетов, набережных широко применяются архитектурно-строительные изделия из природного камня (ГОСТ 23342—78). Условно эти изделия можно разделить на изделия простой формы (табл. 8.5) и изделия профильные (колонны, базы колонн, карнизы, шары, балясины, детали мостов, набережных и др.), изготовляемые по индивидуальным заказам.

Ритуальные изделия (надгробные памятники, мемориальные доски) являются частью культуры погребения, свойственной различным развитым странам, исповедующим ислам и христианство.

В СНГ, а также в большинстве развитых стран в состав ритуальных изделий входят: надгробная плита — стелла, основание (подставка), постамент, ограда (бордюр), цветник. Реже в состав изделия входят различные вазы, сиденья, скульптурные и барельефные изделия из натурального камня. Памятник может состоять либо из всех перечисленных деталей, либо из их части, но наличие стеллы обязательно.

В качестве материала для ритуальных изделий используется практически вся гамма каменных материалов, используемых в строительстве.

Изделия для дорожных покрытий из природного камня (брусчатка, бортовой камень, шашка и др.) широко применяются для покрытия проезжей части населенных пунктов, площадей, скверов, участков, испытывающих большие эксплуатационные нагрузки.

Несмотря на высокую стоимость, трудоемкость укладки, появление за последнее столетие новых искусственных материалов для дорожного строительства, изделия из природного камня достаточно широко применяются в градостроительстве.

Высокие декоративные качества, монументальность, стремление к сохранению исторического облика городов обусловливают использование изделий из природного камня для дорожных покрытий в формировании архитектурного облика центральных улиц и площадей крупных городов (Москва, Санкт-Петербург, столицы стран СНГ, города Европы и Америки). К достоинствам подобных изделий относится высокая долговечность в условиях интенсивной эксплуатации (движение тяжелой военной техники, транспорта, значительные людские потоки, стойкость к химическим и другим воздействиям). С помощью этих изделий можно создавать различные рисунки на покрытиях площадей, скверов, улиц и др., что придает архитектурным ансамблям особую неповторимость. Кроме того, подобные покрытия являются в отличие от других покрытий ремонтопригодными, т.е. после разборки покрытий из природного камня, удаления дефектных изделий и доукомплектации, все эти изделия можно повторно использовать для дорожного покрытия этих же участков либо на других участках.

Брусчатый камень — брусчатка (ГОСТ 23668—79) для дорожных покрытий изготовляется из изверженных горных пород или из литых огненно-жидких металлургических шлаков и предназначен для устройства покрытий на городских площадях, улицах, трамвайных путях и городских автомобильных дорогах.

Брусчатый камень должен иметь форму усеченной пирамиды с параллельными прямоугольными верхним и нижним основаниями. перпендикулярными оси. При механизированном производстве допускается изготовление брусчатых камней в виде прямоугольных параллелепипедов.

В зависимости от размеров брусчатые камни делятся на три типа: высокие (БВ); средние (БС); низкие (БH). Размеры камней (мм) должны удовлетворять указанным в табл. 8.6.

Камни типов БВ и БС укладывают в основном на песчаное основание, а типа БH — на бетонные или другие прочные основания.

Проекция нижней грани камней должна целиком вписываться в контур верхней грани. Величина скоса (отклонение проекции стороны верхней грани от нижней) для типа БH должна быть с каждой стороны 3—5 мм, для типов БВ и БС — 7—10 мм. Верхние грани камней должны иметь шероховатость (рифление) с микрорельефом глубиной 2—3 мм, обеспечивающим коэффициент сцепления с шинами автомобилей 0,5—0,55.

Бортовые камни из природного камня, несмотря на применение в дорожном строительстве изделий из искусственных материалов, являются более долговечными и декоративными изделиями и широко применяются для отделения проезжей части улиц, дорог, внутриквартальных проездов, пешеходных дорожек и тротуаров от остальных участков городского и путевого дорожного покрытия. В зависимости от способа изготовления бортовые камни делятся на пиленые и колотые (ГОСТ 6666—81). Согласно ГОСТу предусмотрены следующие типы бортовых камней:

• 1ГП — высотой 300 (H), шириной 150 (В), высотой обработанной части 150 мм (Л) — для проезжей части;

• 2ГП — H = 400, В = 180 мм, h — произвольная, задается заказчиком — для проезжей части;

• 3ГП — H = 600. В = 200 мм, h — произвольная, не регламентируется — для проезжей части на мостах,

• 4ГП — H = 200. B= 100, h = 130 мм — для пешеходных дорожек и газонов,

• 5ГП — H = 200, B = 80 мм, h — произвольная, задается заказчиком — для пешеходных дорожек и газонов,

• ГПВ — H = 200, B = 150. h = 80 мм — для въездов;

• ГК5 и ГК8 — H = 300, B = 150, h = 150 мм и радиусом кривизны 5 и 8 м соответственно — для отделения проезжей части на закруглениях дорог.

Сочетание ряда уникальных свойств природных каменных материалов позволяет применять изделия из них в различных технологических процессах в качестве деталей различных устройств. Некоторые каменные материалы отличаются сочетанием высокой прочности, твердости и износоустойчивости с высокой термостойкостью, низкой теплопроводностью, химической стойкостью. Особо следует выделить базальтовые породы и их аналоги, которые, имея сочетание вышеперечисленных свойств, могут использоваться в различных отраслях производства как в естественном, так и в литом виде.

Исключительно высокие требования по точности и надежности, предъявляемые к некоторым изделиям электроники, машиностроения. приборостроения, лазерной, вычислительной и космической техники, требуют применения в этих изделиях, а также в оборудовании для производства этих изделий — оснований, станин, опор с постоянными во времени и пространстве свойствами. Эти основания, опоры, станины должны иметь максимальные виброгасящие свойства, минимальные коэффициенты теплового расширения, высокую твердость и прочностные характеристики, малую анизотропию и др. Наиболее часто в этих целях используют изделия из диабаза, мелкозернистых гранитов, плотных базальтов, кварцитов и др. Размеры и формы изделия уточняются по согласованию с заказчиком этой продукции.

Одним из важных и дорогостоящих технических изделий, изготовляемых из природного камня, являются валы бумаго- и картоноделательных машин. Учитывая значительные механические нагрузки, высокие требования по износостойкости, термостойкости, эти изделия необходимо изготовлять из высокопрочных, однородных, мелкозернистых пород (мелкозернистые граниты и др.).

Изделия из каменного литья используют для коррозионно-и износостойкой облицовки, футеровки и мощения. Исходя из назначения исходного сырья, различают каменное литье темное — из вулканических горных пород (базальт, андезит) и светлое — из кварцевого песка и осадочных горных пород.

В настоящее время, когда камень находит все более широкое применение в быту (элементы мебели, изделия кухонного и сантехнического назначения, сувениры, письменные приборы, туалетные гарнитуры, элементы интерьера комнат и подсобных помещений, мозаика, украшения и др.), стирается грань между областями использования поделочного и облицовочного камня.

Исходным сырьем для производства сувениров и изделий культурно-бытового назначения служат поделочные камни, а также высокодекоративные облицовочные камни (мрамор, оникс и др.).

Отходы добычи и обработки природного камня условно, в зависимости от формы и размеров, можно разделить на следующие виды:

• негабаритные блоки, бут, щебень, представляющие собой куски камня неправильной формы размерами более 400 мм (блоки), размерами 5—70 мм (щебень) и более 70 мм (бут);

• горбыль, представляющий из себя отход пассировки и распиловки блоков, имеющий неправильную форму с одной обработанной плоской поверхностью и линейными размерами, которые соизмеримы с размерами блоков;

• окол, представляющий из себя пластины камня толщиной 5—50 мм неправильной формы в плане и являющийся отходом распиловки, шлифовки, полировки и окантовки плит;

• штыб и шлам — мелкодисперные отходы камня, образующиеся в результате осуществления процессов резания и шлифования при добыче и обработке камня, размерами более 0,5 мм (штыб) и менее 0,5 мм (шлам).

Наиболее характерным продуктом утилизации негабаритных блоков, бута, щебня, горбыля являются декоративные щебень и песок из природного камня (мраморная или другая крошка).

Щебень и песок получают фракционированием дробленых отходов камнеобработки (дробление, грохочение, обогащение путем промывки в мойках); фракционный состав песка — до 2,5 мм, щебня — более 2,5 мм.

В соответствии с ГОСТ 22856—89 щебень и песок декоративные характеризуются показателями: зерновым составом; содержанием зерен пластинчатой и игловатой форм; маркой щебня по прочности; содержанием зерен слабых пород; маркой щебня по морозостойкости; содержанием мелкодисперсных (пылевидных) частиц; цветом; истираемостью и др.

В странах СНГ из-за несовершенных технологий добычи и обработки камня, нерационального использования сырьевых запасов отходы камня исключительно велики. В среднем выход облицовочных изделий из камня в СНГ составляет 10—12 м2/м3 в то время как в ведущих камнедобывающих странах — 15—40 м2/м3.

Для утилизации отходов камнедобычи и камнеобработки распространены следующие технологии производства облицовочных изделий различного назначения.

1. Технология производства облицовочных изделий с использованием пильного камнебетона. Типовой процесс включает следующие операции:

а) изготовление камнебетонной смеси с использованием декоративных отходов камня (бут, щебень, песок) в качестве заполнителя и связующего — цемент, различные смолы (полиэфирные, эпоксидные, акриловые и др.);

б) заливка бетона в специальные формы с использованием термовлажностной (термической), вибрационной обработки, вакуумирования, прессования и др.;

г) распиловка полученных бетонных блоков на традиционном или специализированном распиловочном оборудовании;

д) калибровка, шлифовка и полировка плит;

е) окантовка, промывка, сушка и др.

2. Технология производства облицовочных изделий и напольных покрытий с использованием окола, операций распиловки и шлифовки камня.

Типовой процесс изготовления плит включает следующие операции:

а) укладка окола с неправильной формой в специальные формы;

б) составление бетонной смеси из связующего (цемент или различные органические связующие) и наполнителя (щебень, песок и др ).

в) заливка форм бетонной смесью и с использованием термовлажностной (термической), вибрационной обработки, вакуумирования, прессования.

г) калибровка, шлифовка и полировка плит.

Типовой процесс изготовления напольных покрытий с использованием окола камня:

а) заливка пола цементным или другим связующим;

б) укладка окола с погружением в цементную основу;

в) шлифовка, полировка шлифмашинами отвердевшего полового покрытия

3 Технология производства облицовочных изделий с использованием щебня и песка из декоративного камня. При этом различают «генуэзские» полы (с использованием материала крупностью до 5 мм) или «венецианские» с использованием материала крупностью около 20 мм.

Типовой процесс состоит из следующих операций:

а) составление бетонной смеси из цемента или другого связующего, дробленого камня и различных пигментов:

б) заливка заранее приготовленного и очищенного пола или специальных форм;

в) шлифовка, полировка пола, либо полученных изделий.

Наиболее активными и экологически вредными отходами

предприятий по добыче и обработке камня являются шламы камнеобработки.

По цвету и размерам частиц шлам камнеобрабатывающих предприятий разделяется на четыре вида:

I вид — шлам распиловки гранитов и их аналогов на станках со свободным абразивом и обработки гранита алмазным и абразивным инструментом; шлам коричневого цвета, крупность частиц менее 20 мкм составляет 70 %;

II вид — шлам распиловки гранитов и их аналогов алмазным инструментом и обработки гранитов алмазным и абразивным инструментом; цвет шлама серый или близкий к нему, крупность частиц менее 20 мкм — 60 %,

III вид — шлам алмазной распиловки и алмазно-абразивной обработки мрамора и его аналогов; цвет шлама белый, крупность частиц менее 60 мкм — 80 %,

IV вид — шлам пористых, изверженных или метаморфических пород, распиливаемых алмазным и обрабатываемых алмазно-абразивным инструментом; цвет шламов соответствует цвету обрабатываемых пород, крупность частиц более 100 мкм составляет 50 %.

Все виды шламов (I, II, III, IV) в качестве основных компонентов используются при производстве и изготовлении следующих материалов и изделий: чистящее средство «Чистоль» (III); замазка универсальная морозостойкая (I, II, III); герметик «Гермопласт» (III); средство для чистки медных и алюминиевых изделий «Асидол» (I, II, III): чистящее средство для кухонных плит «Норма» (I, II, IV); сухие штукатурные смеси различного назначения (I, II, III); шпатлевка «Карболит» (I, II, III): наполнители пластмасс, линолеума, резины и других полимерных композиций (I, II, III); добавки в асфальт и мягкие кровельные материалы (I, II, III); активные минеральные добавки к вяжущим и уплотнители бетонов (III, IV); кислотоупорная мука (IV); наполнители лаков и красок (II, III); добавки к угольным брикетам(III); наполнители ядохимикатов (II, IV); осветлители жиров, масел, вин и других жидкостей (IV); наполнители мыл, паст и других моющих средств (III, IV); фильтрующие материалы (II, IV); адсорбенты и носители катализаторов (IV); абразивные порошки и изделия (II, III, IV); сырье для производства керамических изделий, стекла, стекловолокна, стеклопластиков (IV); сырье для каменного литья (IV); наполнители и добавки к строительным материалам и изделиям (I, II, III, IV) и др.