Разнообразные инструменты, применяемые при ударной и термической обработке камня, могут быть разделены по принципу действия на три основных вида: ручные ударные, пневматические и термические. В зависимости от назначения они делятся на инструменты для приближенной и для точной обработки камня.

Одноименные ручные инструменты различаются по форме, массе, размерам и т. д. Так, клинья могут быть простые или составные (со щечками). Простые клинья разделяются на прямоугольные и круглые, а составные — на призматические и конические. Закольники делятся на одноручные массой до 5 кг и на двуручные массой свыше 5 кг. Ручная скарпель отличается от скарпели для рубильного молотка формой хвостовика и т. д.

Одноименные пневматические (перфораторы, рубильные и отбойные молотки) и термические (терморезаки и термоотбойники) инструменты различаются между собой по массе и размерам, по производительности, а также по расходу сжатого воздуха и горючего.

2.3 Современные способы обработки природного камня

Современная камнеобрабатывающая промышленность применяет для обработки камня различные методы разрушения горных пород, которые подразделяют на два вида: механические и физико-механические.

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

При обработке камня скалыванием достигаются:

— фактура рельефной и плоской «скалы». Первую получают путем скалывания по периметру лицевой поверхности камня закольниками или молотком. В процессе обкалывания камню можно придать рельеф различной глубины. При расколе камня на колочном станке может быть получена менее рельефная фактура «плоской скалы»;

— бугристая фактура, характеризующаяся наличием на лицевой поверхности равномерно распределенных бугров и впадин, получаемых от обработки скалывающими инструментами (шпунтом или узкой скальпелыо) или путем раскалывания камня на колочных станках;

— рифленая фактура, характеризуемая наличием параллельных борозд с высотой рельефа от 0,5 до 3 мм. Она достигается путем обработки распила пород средней твердости троянкой или обработкой камня на строгальных станках с помощью гребенчатого резца.

Резание — наиболее распространенный современный способ обработки камня. Оно производится штрипсовой, дисковой или канатной распиловкой.

Штрипсовая распиловка подразделяется на распиловку с применением стальной и чугунной дроби и алмазно-штрипсовую распиловку.

Дисковая распиловка приобретает все более широкое распространение для обработки пород любой твердости и подразделяется на алмазно-дисковую распиловку и дисковую распиловку резцами.

Канатная распиловка получила распространение для резания пород разной твердости. Ее развитие идет в трех направлениях: канатная распиловка с помощью абразива, алмазно-канатная распиловка и распиловка канатами, армированными твердосплавными шайбами. При обработке мягких пород и пород средней твердости иногда используют обработку камня строганием на специальных станках с использованием твердосплавных резцов, а также точение камня на токарных станках при производстве изделий цилиндрической и других сложных поверхностей вращения.

Для отрезания плит используют дисковые фрезы, армированные алмазом или твердым сплавом, а также торцевые фрезы.

Камни шлифуются на станках портального, планетарного и других видов. Как правило, процесс шлифовки включает пять этапов: грубое шлифование, черновое шлифование, первое и второе шлифование и лощение. Шлифуют камень шлифовальными шарошками на карборундовом зерне либо шлифовальным инструментом на синтетических алмазах.

Камень полируется войлочными или матерчатыми кругами с применением различных паст или полировальным алмазным инструментом.

В практике производства тесаных изделий наиболее широко используется ударное разрушение камня, производимое в основном вручную с помощью клиньев, закольников, скарпелей, бучард, шпунтов, троянок и пневмомолотов, т.е. так называемые классические методы ударной обработки. Из вышеперечисленных наиболее распространенным является бучардирование камня, выполняемое ручными бучардами, пневмобучардами и пневмокиянками с 25, 36, 64 и 100 зубьями. Чаще всего этим методом готовят ступени, бордюры, устои мостов, основания памятников и др., где достигается точечная фактура обработки.

В промышленности достойное место начинает занимать ультразвуковая декоративная обработка камня в абразивной среде. Процесс обработки протекает медленно, но характеризуется высокой точностью.

В камнеобработке ультразвуковые колебания используют: — в целях раскрытия естественной фактуры распиленных и шлифованных плит без полировки. При этом ультразвуковое поле создается в жидкой среде;

—для интенсификации существующих технологических процессов путем наложения ультразвуковых колебаний на камнеобрабатывающий инструмент;

—для ультразвуковой размерной сложно-профильной обработки в абразивной среде.

Вибрационное, или ударно-силовое, резание (динамическое скалывание) основано на использовании колебательных движений резцового инструмента с амплитудой 1,5-2 мм и частотой 30-50 Гц. Высокоэффективным считается виброрезание при вертикальном шахматном расположении лопаточных резцов на держателях.

Среди физико-технических методов обработки камня уже нашел широкое применение метод обработки камня термореактивными газовыми горелками бензино-воздушного и керосиново-кислородного типов.

Бензино-воздушные термоотбойники применяют для изготовления архитекруно-строительных деталей и монументов из пород высокой крепости. Использование термоотбойников повышает производительность и улучшает условия труда, снижая при этом себестоимость продукции.

Обработка камня токами высокой частоты наиболее пригодна для приготовления блоков-заготовок в производстве ступеней, бордюра, парапета и др. Используют высокочастотные колебания с частотой до 20 МГц. Разрушение пород токами высокой частоты совершенствуется и имеет большую перспективу.

Оригинальное решение по камнеобработке представляет плазменное разрушение пород кристаллической структуры. Вытекающая из плазмотрона струя со скоростью до 1000 м/с и с температурой до 2400°С практически режет камень.

Обработка камня лазерами проводится в направлении полного разрушения горной породы или ее ослабления для последующего разрушения горной породы механическими способами. Квантовыми генераторами практически можно эффективно разрушать любую горную породу, придавая ей при обработке любую форму.

Перспективен способ обработки камня высокоскоростной водяной струей, подаваемой под давлением более 10 МПа через сопло диаметром в несколько миллиметров. За счет кинетической энергии струя прорезает за один проход камень на глубину до 4 см. Если сочетать водные струи с электрогидравлическим эффектом (пульсация струи до 300-3000 импульсов в минуту), то можно эффективно разрушить породу любой прочности.

3. Исследование горных пород

В настоящее время при инженерных изысканиях широкое применение получили методы статического и динамического зондирования. Это очень простые методы исследований преимущественно песчаных и глинистых пород, дающие широкую информацию об их плотности, прочности, деформационных свойствах и однородности. Кроме того, с помощью этих методов можно устанавливать изменение геологического разреза по глубине, выявлять глубину залегания и мощность слабых слоев и зон плотных, прочных и коренных пород, а также изменение степени уплотнения, и упрочнения искусственно отсыпанных или намытых пород во времени. Методы зондирования позволяют получать необходимые данные для проектирования и оценки условий строительства свайных фундаментов, шпунтовых ограждений и других видов строительных работ.