CC BY
43
Встановлеш закономiрностi змти блиску та свтлоти Покостiвського гранодюриту в залежностi вид шорсткостi поверхш каменю тсля шлiфування-nолiрування. Запропонована класифтащя Покостiвського гранодюриту за забарвленням та свтлотою. Визначений мехатзм регулювання свтлотою каменю та види Покостiвського гранодюриту, мiж якими проводиться регулювання, для забезпечення м^мальног вiдмiнностi мiж рiзними за свт-лотою каменями
Ключовi слова: свтлота каменю, Покостiвський гранодiорит, шлiфуван-ня-nолiрування, блиск каменю, забарвлення
каменю, шорсттсть поверхш каменю
□-□
Установлены закономерности изменения блеска и светлоты Покостовского гранодиори-та в зависимости от шероховатости поверхности камня после шлифовки-полировки. Предложенная классификация Покостовского гранодиорита за окраской и светлотой. Определен механизм регулирования светлотой камня и виды Покостовского гранодиорита, между которыми производится регулировка, для обеспечения минимального отличия между разными за светлотой камнями
Ключевые слова: светлота камня, Покостовский гранодиорит, шлифовка-полировка, блеск камня, окраска камня, шероховатость поверхности камня -□ □-
УДК 679.8.02
[dOI: 10.15587/1729-4061.2014.28036|
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ШЛ1ФУВАННЯ-ПОЛ1РУВАННЯ ПРИРОДНОГО КАМЕНЮ НА ЙОГО БЛИСК ТА В1ДТ1НКИ СВ1ТЛОТИ
В. I. Ш а м р а й
Астрант* E-mail: vp97776@gmail.com В. В. Короба йчук
Кандидат техычних наук, доцент* E-mail: kgtkvv2@rambler.ru *Кафедра розробки родовищ корисних копалин iM. проф. Бакка М. Т. Житомирський державний технолопчний уыверситет вул. Черняховського, 103, м. Житомир, УкраТна, 10005
1. Вступ
Одним з головних параметрiв, що характеризуе декоратившсть каменю, е колiр (забарвлення), сприй-няття якого обумовлено рiзним розпод^ом енергп по спектрах свилового потоку, що потрапляе в зоро-вий аналiзатор. Колiр породи мае виршальне зна-чення при виборi сировини для виготовлення певних груп виробiв, наприклад, для ритуальних щлей. Крiм того, забарвленiсть породи певного виду каменю може вказувати не лише на його популяршсть для викори-стання у вказаних щлях, але i про доцiльнiсть його використання для цього, наприклад, свщчити про стутнь вивiтреностi гранiтоiдiв.
При видобуванш блокiв природного каменю на рiзних горизонтах кар'еру, змiнюеться мшеральний склад та структура каменю, а також властивост природного каменю. При фактурнш обробцi плит з рiзних блокiв природного каменю, що були видобуи на рiз-них глибинах чико спостерiгаються вiдмiнностi у iх структурi, забарвленнi та свилоть При використаннi рiзнотипних за забарвленням та свилотою каменю в облицюванш будiвель та споруд iснуе чуттева вщмш-нiсть при сприйняттi зоровим аналiзатором. Таким чином, при облицюванш будiвель та споруд або ш-ших будiвельних робiт iз використанням природного
каменю, особливо коли таю роботи мають великий обсяг, виникае проблема iз тдбором однотонних плит, осюльки один i той самий вид каменю мае рiзну свило-ту при його однаковiй фактурнш обробщ.
2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми
Дослщженням визначення яюсних показникiв природного каменю займались W. Dawei, C. Xianhua, O. Markus, S. Helge, S. Bernhard [1], A. Hideo, T. Hidetoshi, K. Seong-Woo, A. Natsuko, K. Koji, Y. Tsutomu, D. Toshiro [2], в працях яких були вивчеш змши мжро-текстури породоутворюючих мiнералiв при шлiфуваннi-пoлi-руваннi природного каменю за допомогою мжроско-mi та спектрального аналiзу та вплив poзмipу алмазного зерна на формування мжро-текстури мiнеpалу. В цих дослщженнях не було розглянуто вплив на природний камшь, як cукупнicть мiнеpалiв. Не були дocлiдженi переходи мiж зернами при шлiфуван-нi-пoлipуваннi. Також в [3] були експериментально дослщжеш процеси абpазивнoi обробки природного каменю. H. Yavuz, T. Ozkahraman, S. Demirdag [4] до-cлiдили змшу блиску в залежнocтi вiд шорсткост пoвеpхнi каменю, однак, при цьому, не були вивчеш високомщш природш каменi.
©
В робоп [5] дослщжено вплив високих температур на змшу властивостей каменю, за допомогою цифро-во1 обробки зображень. 1з збiльшенням температури камшь свiтлiшаe. Чорно-бiла цифрова обробка зобра-ження використовувалась при дослiдженнi впливу вивирювання та дii солей на камшь, при виявленш висвiтлених дшянок на його поверхнi [6]. Також в [7] доведено, що насичешсть кольору втрачаеться при дii навколишнього агресивного середовища, i, камiнь свигашае, i далi потребуе реставрацiйних роби Аналiз лiтературних джерел показуе, що багато дослщжень пов'язанi iз вивченням особливостей мжро-текстури каменю, впливу агресивного середовища, але не було дослiджено змiну колiрних ознак в межах родовища, та регулювання таких ознак при обробщ природного каменю.
3. Мета та задачi дослщження
Метою роботи е вивчення закономiрностей змiни свiтлоти та блиску на рiзних стадiях фактурно! обробки.
Для досягнення поставлено! мети виршувалися наступш задачi:
- визначити види Покоспвського гранодiориту, якi мають вщмшност у свiтлотi та забарвленнi;
- встановити закономiрностi змiни свiтлоти та блиску Покоспвського гранодiориту в залежност вiд шорсткостi поверхнi каменю;
4. Матерiали та методи дослщження впливу шлiфування-полiрування на блиск та свклоту
4. 1. Дослiджуванi матерiали та обладнання, що використовувались в експеримент
Згiдно з дiючими вимогами [8], для проведення ощнки якост використовуються зразки з Покоспвсь-кого гранодюриту розмiрами 400х250х10 мм, яю були вiдiбранi пiсля кожного шлiфування-полiрування рiз-ними номерами алмазного шструменту по декiлька зразкiв пiсля процесу обробки в залежноси вiд юль-костi проходжень алмазним iнструментом для точноi характеристики впливу фактурноi обробки на деко-ративнiсть каменю. Варто зазначити, що зразки були ввдбраш з плит, вирiзаних з одного блоку. Прожилки, плями та iншi дефекти природного каменю, були ввдо-кремлеш з плит, для забезпечення рiвномiрноi струк-тури вiдiбраних зразюв, шляхом '¿х вирiзання.
Для обробки плит використовувався плоскошлiфу-вальний верстат з такими техшчними характеристиками (табл. 1).
Таблиця 1
Техжчж характеристики плоскош^фувального верстату
Техшчш характеристики Значения
Витрата води 30 л/хв.
Швидкють обертання робочо! головки 1460 об./хв.
Швидкють п1д1ймания головки 1,98 м/хв.
Швидкють перемщення каретки 3,96 м/хв.
в табл. 2. Також показана юльюсть проходжень цими номерами. Така схема використання алмазного шструменту дозволяе отримати яюсну поверхню каменю i забезпечити и блиск. Блиск Покостiвського гранодюриту вщповщае другiй категорп за вщбивною здатш-стю (ГОСТ 9479-84) i забезпечуеться вiдповiдно такою фактурною обробкою.
Таблиця 2
Характеристика використовуваного алмазного шструменту
К-ть проходжень Номери шструменту Зернистють, мкм
1 № 240 200/160
4 № 400 80/63
2 № 600 60/40
2 № 800 40/28
2 № 1200 28/20
1 Пол1рувальний 1/0
4. 2. Методика визначення показниюв свгглоти та блиску
Для виршення завдань аналiзу зовнiшнього виду поверхш необхiдно сформувати цифрове зображення поверхш облицювального каменю i виконати його об-робку засобами сучасно'! обчислювально! технiки [9].
Приклад визначення кольорових координат Lab в програмi Mdistones наведено на рис. 1.
В якост алмазного iнструменту використовувались фжерти з номерами та зернистштю, якi показанi
Рис. 1. Опрацювання зображення поверхш зразка в nporpaMi Mdistones
Методика дослщження полягае в наступному:
- виконуеться фактурна обробка заготовки фжер-тами рiзних номерiв на плоскошлiфувальному верстатi;
- тсля проходження кожним номером вирiзаеться зразок каменю без плям та дефекпв;
- зразки висушують та виконують сканування об-роблено'! поверхнi;
- вимiрюеться блиск зразкiв;
- отримане зображення опрацьовуеться в програмi Mdistones;
- визначаються середнi показники свiтлоти L в сис-темi Lab для кожного отриманого зображення.
5. Дослщження змши блиску та свклоти Покосивського гранодiориту
Основним якiсним показником полiрованоï поверхш е блиск. В залежност вiд шорсткостi поверхш каменю, був побудований графж змши блиску (рис. 2).
В залежност вщ шорсткостi поверхнi каменю, свгг-лота L для Покостiвського гранодюриту описуеться кубiчною залежнiстю та можна розрахувати за наступ-ною формулою:
L = 8 10-5Ra3-0,0084Ra2 + 0,2762Ra + 26,976, од., (2)
80.00%
-J-1 о4
и
Еписк
0
80
20 40 60
Шорстюсть поверхн каменю Ra, мкм
Рис. 2. Графiк набуття блиску плити з Покослвського гранодюриту в залежносп вiд шорсткостi поверхш каменю
В залежносп вiд шорсткост поверхнi каменю, блиск В для Покоспвського гранодюриту описуеться кубiчною залежшстю та можна розрахувати за наступ-ною формулою:
де L - свилота, од.; Ra - шорстьлсть поверхн1 каменю, мкм.
Для того, щоб забезпечити однакову cbît-лоту no.nipoBaHoï плитки з Покост1вського гранодюриту pi3Hiix з початковою свилотою плит та однаковим забарвленням, темш-ший камшь, слщ обробляти номерами, що вказаш в табл. 2. Для свилого каменю про-довжують ш.гпфування номерами з малою зернистктю, в даному експеримент1 були використаш № 1500 (зернисткть - 20/14), № 2000 (зернисткть - 10/7), № 3000 (зер-нистiсть - 5/3). На рис. 5 показаний сви-лий Покосивський гранодiорит з червоним вiдтiнком при звичайнш обробцi та пiсля додатковоï обробки, яка зменшуе свiтлоту каменю. Також показана змша сiтлоти в залежносш вiд шор-сткостi поверхш каменю при додатковш обробщ (рис. 6).
B = -4 ■ 10-6Ra3 + 0,0007Ra20,0355Ra +0,8002, %
(1)
де В - блиск, %; Ra - шорстккть поверхн1 каменю, мкм.
Характерною особливктю Покост1всько-го гранодюриту е те, що вш мае р1зне забарв-лення. Покост1вський гранодюрит видобува-еться на 5 кар'ерах, що мають вщмшност1 у xiMÎ4HOMy, мшералопчному склад1, а також мають BMicT pi3HTix домшок, яю впливають на його забарвлення. Блакитш ввдтшки утво-рюються завдяки наявност1 наддр1бних Mi-неральних (рутил, ¿льмешт) i газорвдинних включень. Ka.nießi польов1 шпати (мжроклш i плагюклаз) надають граштощам червош i рожевi кольори, рiдше кремовi, бШ i сви-ло-сiрi. Плагiоклази надають граштощам бiлi, свiтло-сiрi i сiрi до чорного кольори, iнодi зеленуватий, жовтувато- i арувато-зелений вiдтiнок (через мжровключення зелених за-лiзовмiщуючих силжапв), це пов'язано з вторинними змшами плагiоклазiв - утворенням хлориту, етдоту. Темноколiрнi мiнерали - бiотит, рогова обманка, трок-сен - практично не впливають на загальне сприйняття забарвлення гранiтоïдiв i лише при '¿х вмiстi 15-20 % породи отримують сiрий або темно-арий колiр [10]. Авторами запропонована класифжащя Покостiвського гранодiориту, яка показана на рис. 3.
При шлiфуваннi плит з природного каменю рiзни-ми номерами шструменту спостертеться змша його свилоти. В залежностi вщ шорсткостi поверхнi каменю, був побудований графж змiни свiтлоти (рис. 4).
Як видно з рис. 6 юнуе чика тенденцiя до змен-шення свiтлоти iз зменшенням шорсткостi поверхш каменю, що характеризуе рiвномiрнiсть змiни тону та покращення декоративностi каменю.
Рис. 3. Класифкащя Покостiвського гранодiориту за забарвленням та сволотою; Lсер — компонента системи Lab, яка вщповщае за сволоту тону
Рис. 4. Графiк змши св^лоти плитки з Покостiвського гранодюриту в залежносп вщ шорсткостi поверхш каменю
Рис. 5. Вщмшнють у св1тлот1 (система Lab) тсля пол1рування св1тлого Покослвського гранод1ориту з червоним в1дт1нком: а — вигляд пол1рованоТ поверхн1
каменю при звичайшй о6ро6ц1 (L=32; a=9; b=—5); — вигляд полiрованоï поверхш каменю з використанням додаткових номерiв малоТ зернистостi (L=27; a=9; b=-4)
Рис. 6. Змiна свiтлоти каменю при додатковiй о6ро6цi дрi6нозернистими номерами алмазного Ыструменту
В залежностi вщ шорсткостi поверхш каменю, cbît-лота L для Покослвського гранодiориту описуеться кубiчною залежнiстю та можна розрахувати за наступ-ною формулою:
L = 0,5Ra3-3Ra2 + 6,5Ra + 23, од.
(3)
де L - сволота, од.; Ra - шорстюсть поверхнi каме-ню, мкм.
6. Обговорення результам дослiдження впливу шлiфування-полiрування на блиск та сволоту каменю
1снуе багато родовищ природного облицювального каменю, як мають вiдмiнностi у забарвленш та св^-
лотi пiсля фактурно1 обробки поверхонь каменю. Такi родовища можуть мати одну торгову марку i розробля-тись недалеко один вщ одного. Так, Покостiвське родо-вище гранодiоритiв розробляеться п'ятьма кар'ерами, полiрованi плити з рiзних блоюв мае рiзну свiтлоту та забарвлення, але блоки мають одну торгову марку. Ро-зроблена класифжащя (рис. 3) дозволить розробити новi торговi марки, що забезпечить повноту шформацп про текстурнi властивостi природного облицювального каменю для вибору схеми шлiфування-полiрування.
Камшь темшшае (L - сволота зменшуеться) iз зменшенням шорсткос^ поверхнi каменю (рис. 4). Як i сволота, блиск зростае iз зменшенням шорсткостi поверхнi каменю. Але для рiзних видiв каменю юнуе граничний блиск, пiсля якого значення блиску е незмшними. Блиск Покослвського гранодiориту за-безпечуеться при шорсткост поверхнi каменю 3 мкм (рис. 2). При подальшому полiруванню, блиск каменю збыьшуеться, але таке його зростання е незначним. На вщмшу вщ блиску, свiтлота каменю iз зменшенням шорсткостi поверхнi продовжуе зменшуватись в кубiчнiй залежностi (рис. 6). Таким чином, мож-ливо регулювати вщтшками свiтлоти каменю, для забезпечення м^мально! вiдмiнностi полiрованих поверхонь.
Вщповщно до класифжацп можливо забезпечити м^мальну вiдмiннiсть полiрованих поверхонь ка-мешв з однаковим забарвленням: iз св^лого до темного (з червоним та сишм вiдтiнком) iз темного до дуже темного (з сишм вщтшком). Осюльки iз зменшенням шорсткост поверхнi каменю кольоровi координати зменшуються [9], вщповщно до цього насиченють кольору зростае, i, тому, вщмшшсть у рiзнозабар-влених каменiв буде быьшою. Вiдповiдно до цього, в подальшому дослщження можна використати для матерiалiв, якi змiнюють вiдтiнки св^лоти при шль фуваннi-полiруваннi. А також розробити шляхи регулювання забарвленням матерiалу, для забезпечення мМмально! 1х вiдмiнностi.
7. Висновки
В результатi проведеного експерименту були вияв-леш наступнi особливостi.
1. Запропонована класифжащя Покостiвського гранодiориту за забарвленням та сволотою дозволить в подальшому ввести його новi торговi марки, що забезпечить вщповщнють блокiв до вимог якос^ та 1х розпiзнавання для правильного вибору фактурно! обробки.
2. Камшь темше iз зменшенням шорсткостi поверхш каменю, вщповщно до класифжацп, можливо забезпечити м^мальну вiдмiннiсть полiрованих поверхонь каменiв з однаковим забарвленням: iз свiтлого до темного (з червоним та сишм вщтшком) iз темного до дуже темного (з сишм вщтшком).
3. Розшзнавання рiзних за свiтлотою та вщтшком блоюв вирiшуеться за допомогою введення нових тор-гових марок або безпосередньо визначаеться на каме-необробному пiдприемствi на пiдставi комп'ютерно! оброки зображення поверхш каменю та сшвставлення з класифжащею для вирiшення завдань iз пщбором свiтлоти полiрованоï поверхнi.
а
Лиература
1. Dawei, W. Study of micro-texture and skid resistance change of granite slabs during the polishing with the Aachen Polishing Machine [Text] / W. Dawei, C. Xianhua, O. Markus, S. Helge, S. Bernhard // Wear. - 2014. - Vol. 318, Issue 1-2. - P. 1-11. doi: 10.1016/j.wear.2014.06.005
2. Hideo, A. Evaluation of subsurface damage in GaN substrate induced by mechanical polishing with diamond abrasives [Text] / A. Hideo, T. Hidetoshi, K. Seong-Woo, A. Natsuko, K. Koji, Y. Tsutomu, D. Toshiro // Applied Surface Science. - 2014. -Vol. 292. - P. 531-536. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.12.005
3. Xie, J. Parameterization of Micro-Hardness Distribution in Granite Related to Abrasive Machining Performance [Text] / J. Xie, J. Tamaki // Journal of Materials Processing Technology. - 2007. - Vol. 186, Issue 1-3. - P. 253-258. doi: 10.1016/ j.jmatprotec.2006.12.041
4. Yavuz, H. Polishing experiments on surface quality of building stone tiles [Text] / H. Yavuz, T. Ozkahraman, S. Demirdag // Construction and Building Materials. - 2011. - Vol. 25, Issue 4. - P. 1707-1711. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2010.10.016
5. Ozguven, A. Investigation of some property changes of natural building stones exposed to fire and high heat [Text] / A. Ozguven, Y. Ozcelik // Construction and Building Materials. - 2013. - Vol. 38. - P. 813-821. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2012.09.072
6. Vazquez, M. Digital image processing of weathered stone caused by efflorescences: A fool for mapping and evaluation of stone decay [Text] / M. Vazquez, E. Galan, M. Guerrero, P. Ortiz // Construction and Building Materials. - 2011. - Vol. 25, Issue 4. -P. 1603-1611.
7. Кальчук, С. В. Дослщження впливу агресивного навколишнього середовища на змшу насиченост кольору поверхш декоративного каменю [Текст] / C. В. Кальчук, О. В. Камських, С. О. Чехута // Вюник ЖДТУ. Техшчш науки. - 2009. -№ 1 (48). - С. 196-201.
8. Бакка, М. Т. Обробка природного каменю [Текст] : навч. поабник / М. Т. Бакка, В. В. Коробшчук, О. А. Зубченко - Житомир: РВВ ЖДТУ, 2006. - 438 с.
9. Криворучко, А. О. Дослщження впливу фактурно! обробки на декоративнють вироб1в з природного каменю [Текст] / А. О. Криворучко, О. В. Камських, Г. М. Ломаков // Вюник ЖДТУ. Техшчш науки. - 2011. - № 2 (57). - С. 141-145.
10. Криворучко, А. О. Формування забарвлення декоративного каменю Частина 1. Природне забарвлення камешв [Текст] / А. О. Криворучко, С. С. 1ськов, Г. М. Ломаков // Вюник ЖДТУ. Техшчш науки. - 2009. - № 2 (49). - С. 122-130.
