Виды и технология ПКМ

Добыча природного камня

Литература: Макконелл К.Р., Брю С.Л. Экономикс: принципы, проблемы и политика. Пер. с 13-го изд. М.: 1999. Гл. 7, 9, 10

 

 

Добыча природного камня производится в карьерах. Карьером называется предприятие по добыче полезных ископаемых открытым способом (в отличие от шахты).

Каменные карьеры (рис.1) по значению делят на промышленные и притрассовые. Промышленный карьер – крупное, постоянно действующее предприятие. При промышленном карьере могут быть цехи по обработке камня, дробильно-сортировочные установки. Рядом с карьером размещается управление карьером, к карьеру проложена автодорога, часто и железнодорожная ветка.

[Рис 1 в ланом варианте лекции удален]

Рис.1. Каменный карьер

Притрассовые карьеры устраивают при строительстве дорог. Чаще всего в них добывается песок или гравий. К ним оборудуются временные пути подъезда – грунтовые дороги. Техника (экскаваторы и пр.) находится на карьере только в рабочее время. При удалении места строительства дороги от карьера, работы на нем прекращаются, выбирается место по ходу трассы и оборудуется новый карьер.

По виду выпускаемой продукции различают карьеры песчаные, песчано-гравийные, бутощебеночные и карьеры штучного камня.

При разработке нового карьера проводят сначала геодезические, дренажные и вскрышные работы. При вскрышных работах удаляется верхний слой, не содержащий требуемого камня (почва, растительность, сильно выветренные или загрязненные органикой слои грунта).

Основные работы на карьере называют добычными. Песок и гравий добывают экскаваторами, размывая при необходимости слежавшиеся в куски частицы гидромониторами. Крупный камень (бутовый камень и блоки для последующей обработки) отделяют от массива с помощью взрыва. Возможно также отпиливание и откалывание блоков мягких и средне-твердых пород непосредственно от монолита.

 

На схеме (рис.2) представлены различные виды ПКМ и способы их добычи и последующей обработки.

Рассев природного материала (разрушенного в природе) – см. верхнюю часть схемы – проводится с целью получения песка, гравия и валунного камня, для приведения материала в соответствие со стандартами (ГОСТами и ТУ) на строительный песок, гравий и дорожный булыжный камень.

Строительный песок – частицы минералов и горных пород размером менее 5 мм. ГОСТ допускает небольшое содержание в песке частиц крупнее 5 мм, благодаря чему песок из песчаных карьеров (а также речной песок) часто можно применять в строительстве без рассева. Песок используется строителями в качестве засыпок (звукоизолирующих и других), для устройства оснований дорог и как заполнитель строительных растворов и бетонов.

В песчано-гравийных карьерах добывают песчано-гравийную смесь, которую без рассева на песок и гравий недопустимо применять в строительных работах.

Гравий строительный – частицы горных пород размером 5... 70 мм, окатанные в природных условиях и имеющие сравнительно ровную поверхность. Гравий применяют в качестве заполнителя для цементных и асфальтовых бетонов, для насыпей, оснований дорог. Крупные фракции гравия иногда дробят в мелкий щебень.

Примечание. Понятия «песок» и «гравий» в строительстве и в геологии не совпадают (строительный песок и строительный гравий имеют другие размеры частиц, чем породы с тем же названием в геологии).

 

 

Рис.2 Виды природных каменных материалов при различных добычных работах и последующей обработке

Валунный камень – крупные куски камня до 50 см в поперечнике, окатанные в природных условиях. Применяют преимущественно для дробления в щебень, а валуны овальной формы размером до 20 см используют для мощения дорог и называют булыжным камнем.

Дроблениемс предварительным взрывом монолита и последующим рассевом продукта дробления (см. правую часть схемы) получают бутовый камень, щебень и искусственный (дробленый) песок, называемый также «высевки».

Бутовый камень (бут) – крупные куски камня до 50 см в поперечнике, полученные при взрыве монолита в карьере (рваный бут) или при откалывании от монолита или блока (колотый бут – в левой части схемы). В отличие от валунов, бут имеет угловатую форму и неровную поверхность. Рваный бут используется преимущественно для дробления в щебень. Колотый бут из слоистых пород («бут-плитняк») имеет форму плиты с неровными краями. Его применяют для кладки фундаментов (бутовая кладка) и в дорожном строительстве.

Щебень – частицы камня размером 5... 70 мм (иногда до 140 мм), полученные дроблением более крупных кусков. В отличие от гравия имеет угловатую форму и неровную, шероховатую поверхность. Применяется как заполнитель для бетонов и в дорожном строительстве. (Технология производства щебня для бетона рассматривается более подробно для специальности ПГС в следующем вопросе)

Песок искусственный – частицы размером менее 5мм, полученные как неизбежный побочный продукт при дроблении бутового камня в щебень, его отсеивают от щебня, поэтому и называют также высевками. Используется, как и природный песок, а также его можно размалывать в мельницах и получать каменную муку – наполнитель асфальтового вяжущего и некоторых полимерных материалов (например, линолеума). Известняковую муку (которую неверно называют «известь») применяют в качестве удобрения (известкования кислых почв).

Материалы, полученные по технологии взрыва, дробления, рассева, называют грубообработанными.

Следующие два технологических приема – раскалывание (левая часть схемы) и распиливание (нижняя часть схемы) – позволяют получить так называемые штучные изделия (штучные камни). Называют их так потому, что каждый камень в отдельности (поштучно) подвергают дополнительной обработке.

Раскалывают и распиливают обычно крупные блоки (параллелепипеды) отделенные от карьерного монолита также откалыванием или направленным взрывом. Для пород небольшой твердости блоки можно также отпилить от монолита непосредственно на карьере камнерезной машиной Столярова.

При раскалывании и при распиливании крупных блоков получают облицовочные плиты (рис 3.1), а также стеновые камни (стеновые блоки) – рис 3.2. Стеновые блоки – это по существу большие кирпичи (размером, например, 390 х 190 х 188 мм). Колотые плиты и камни можно еще обтесывать для придания более ровной поверхности. Соответствующие изделия называют тесаными.

 

Рис.3. Штучные камни: 1 – плиты а) тесаные, б) пиленые; 2 – стеновые камни а) колотые, б) тесаные, в) пиленые.

Стеновые камни получают из более пористых пород (имеющих меньшую теплопроводность) – туфы, известняки-ракушечники и др. Облицовочные плиты из пород с красивой структурой (декоративных), но одновременно достаточно прочных и атмосферостойких. Тесаные плиты, конечно, толще пиленых. Распиловка – более прогрессивная и экономичная, менее трудоемкая технология, чем раскалывание и обтесывание.

Для придания большей декоративности облицовочным плитам их поверхность подвергают фактурной обработке. Фактура – это характер поверхности камня, приданный обработкой. (рис.4)

 

Рис.4. Фактуры камня: 1- скала, 2- рифленая, 3- бороздчатая, 4- бугристая, 5- точечная, 6- грубошлифованная.

 

Для пиленых изделий применяют абразивную обработку – шлифование и полирование. При этом получают фактуры шлифованные (с рельефом поверхности не более 0,5 мм, с невыявленным рисунком камня), зеркальные или глянцевые – после полировки шлифованных изделий мягким материалом. Промежуточная фактура (между шлифованной и зеркальной) называется лощеной – с матовой поверхностью и уже выявленным рисунком камня. Фактура камня после отпиливания называется пиленой – на камне видны следы пилы.

Для колотых и тесаных облицовочных плит чаще используют так называемые ударные фактуры (приведены все на рис.4), в которых рельеф на поверхности камня создается пневматическим инструментом (бучардами) или на специальных станках. Для тесаных камней можно также создать и грубошлифованную фактуру. Фактура скалы имеет большие неровности на поверхности камня (обычно это естественный скол). К фактуре скалы близка и бугристая фактура, где неровности скола несколько «поправлены» – им придана некоторая упорядоченность по высоте рельефа. Бороздчатые и рифленые фактуры понятны из рисунка. Точечная фактура отличается от шлифованной большей высотой рельефа – до 2 мм.

Плиты и стеновые блоки имеют в любом сечении, параллельном граням, прямоугольник. Штучные изделия, которые называют профильными, имеют более сложную форму. Они также могут быть колотыми, тесаными, пилеными. Примеры штучных профильных изделий из камня приведены на рис. 5.

 

Рис 5. Штучные профильные изделия из природного камня: 1) бортовые камни а) прямой, б) лекальный, в) для съездов; 2) дорожные камни а) брусчатка, б) шашка для мощения.

 

Бортовые камни, называемые также бордюрными, отделяют мостовую от тротуара. Наряду с прямыми бортовыми камнями (длиной от 70 до 200 см) могут быть камни лекальные – на поворотах – и для съездов – наклонных частей улицы или дороги. На рисунке видно, что верхняя часть бортовых камней, выступающая над дорожным покрытием, обтесана чисто, нижняя, подземная часть – грубо обработана.

Брусчатка – дорожный каменный материал в виде брусков, имеющих форму усеченной пирамиды (суживаются книзу) с параллельными верхним и нижним основаниями.

Разновидностью брусчатки является шашка для мощения, имеющая также форму усеченной пирамиды, с примерно одинаковой длиной и шириной.

Дорожные камни относятся к тесаным. Их изготовляют из прочных и стойких к истиранию горных пород – базальта, диабаза, кварцита.

Перечисленными камнями не исчерпывается ассортимент штучных профильных изделий из природного камня. По специальному заказу могут быть изготовлены, например, все элементы каменной лестницы: ступени, проступи, перила, балясины, вплоть до каменных шаров. Понятно, что изделия из природного камня значительно дороже бетонных или керамических.

 

4. Технология производства щебня для бетона(из этого варианта лекции вопрос удален)5. Строительно-технические характеристики природных каменных материалов.

Правильный выбор природных каменных материалов для конкретных строительных работ предусматривает их разделение на марки по различным показателям. По прочности различают природные камни марок 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800 и 1000 (цифры показывают прочность соответствующей породы на сжатие в кгс/см²).

По морозостойкости марки природных каменных материалов F 10, 15, 25, 35, 50, 100, 200, 300 и 500. По средней плотности различают породы тяжелые – ρ_о > 1800 кг/м³, средние 1800... 1500 кг/м³ и легкие – со средней плотностью менее 1500 кг/м³.Породы маркируют также по водостойкости 0,6, 0,75, 0,9 и 1, где цифры показывают величину коэффициента размягчения (водостойкости).

Материалы для полов и дорожного строительства делят на марки по истираемости и износостойкости. Например, щебень различают по истираемости (износостойкости) при испытаниях в полочном барабане следующих марок И1, И2, И3, И4.

С учетом указанных марок выбирают каменный материал для определенного вида строительства. Например, в качестве стеновых материалов подходят только те камни, которые имеют марку по морозостойкости не менее 15, коэффициенту водостойкости – не менее 0,6, по прочности от 25 до 150 в зависимости от вида здания. Аналогичным образом ГОСТами и СНиПами предусмотрены определенные марки каменных природных материалов для наружной отделки зданий, дорожного строительства, специального назначения (кислотостойких, огнеупорных и др.).

Выбирая материалы в соответствии с требованиями стандартов, грамотный строитель имеет в виду также зависимость свойств камня от состава и структуры пород.