CC BY
83
--------------------------------------------- © Л.П. Дубинина, 2004
УДК 65.015.13 Л.П. Дубинина
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ДЕКОРАТИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ИСКУССТВЕННОГО МРАМОРА НА ОСНОВЕ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЖАМАГАТСКОГО КАРЬЕРА
Джамагатский карьер мрамора входит в состав ООО Карачаевское горное предприятие «Алибек» (Северный Кавказ).
Ближними населенными пунктами являются: на севере аул Верхняя Теберда (7 км), на юге -г. Теберда (2 км). Районный центр г. Карача-евск расположен в 41 км к северу. Ближайшая железнодорожная станция Джегута расположена в 88 км к северу. Все населенные пункты связаны асфальтированной дорогой Черкесск -Теберда, пригодной для движения круглый год.
В геологическом строении месторождения принимают участие средние филлитовые и известковые свиты девона и четвертичные отложения. Полезная толща мрамора представлена в виде пластовой залежи, простирающейся в широтном направлении в виде узкой полосы в сланцах. Мощность разбита наведенными взрывами трещинами, идущими в самых различных направлениях, вследствие чего мрамор легко раскалывается по микротрещинам на фрагменты различных размеров. Залежь сложена двумя разностями мраморов (белые и серые), разделенных пропластками сланцев. В лежачем боку залежи расположены филлитовые сланцы, в висячем - кварцево-хлористо-серицитовые сланцы.
В южной части месторождения кроме белой разности мрамора встречаются пропластки мраморов розового, темного и дымчатого цветов. Мощность белой разности мрамора колеблется от 12 до 45 м. Белый мрамор имеет среднезернистую структуру, раковистый излом, массивную текстуру. Северная часть залежи сложена мраморами серого цвета с дымчатым оттенком. Эта разновидность мрамора вмещает в себя пропластки и мелкие линзообразные участки белого мрамора. Мощность серых мраморов колеблется от 6 до 34 метров, мощность пропластков других цветов изменяется от 5 до
30 см, структура серого мрамора мелкозернистая, текстура массивная.
На Джамагатском карьере добывают мрамор на щебень. Отходы после его добычи и переработки не утилизируются, что негативно влияет на окружающую среду. В связи с этим нами были разработаны некоторые варианты технологий утилизации отходов. Они основываются на том, что отсевы этого карьера имеют декоративные свойства, которые можно использовать при изготовлении изделий из искусственного мрамора на основе полимерных смол в виде малых архитектурных форм, статуй, полусфер, статуэток, шаров и других фигур, барельефов, фресок и т.п.
Рассмотрим некоторые свойства горных пород использованных в процессе изготовления изделий из искусственного камня, испытания которых проводились непосредственно на карьере и частично в МГГУ. В табл. 1 приведены их физико-механические свойства.
Мраморы выдерживают 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Потери в весе при этом незначительны: 0,3 - 0,5 %, что соответствует марке Е25. Пористость белых мраморов - 0,68 %; серых -0,76 %. Водопо-глащение - 0,18-0,19 %. Коэффициент разрыхления - 1,45.
Коэффициент крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконову:
- для мраморов - 6;
- кремень - 6-7;
- серпентинит - 8-9;
- для филлитовых сланцев - 4-5;
- для кварцево-хлорито-серицитовых сланцев - 7.
По своим свойствам мрамора Джамагатско-го месторождения удовлетворяют требованиям ГОСТа 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ» (введен
Таблица 1
Физико-механические свойства горных пород
Порода у, кг/м3 МПа ооас, МПа Е, 104 МПа V
мрамор (белый) 2562 50 - 100 3,1 6,2 0,285
мрамор (серый) 2710 60 - 120 12 8.25 0,305
серпентинит 2550 67,2 6,5 5,1 0,31
кремнии 2645 120,7 11,7 7,23 0,213
Филлитовые сланцы 2800 - 2900 45 - 6 - 7 0,26
кварцево-хлорито-серицитовые сланцы 2650 - 2750 60 - 80 - 6,5 - 8,0 0,20
Примечание: у - плотность; ссж, срас - предел прочности при сжатии и растяжении; Е - модуль Юнга; V -коэффициент Пуассона__________________________________________________________________________________
Таблица 2
Физико-механические свойства отвержденных полимерных смол (искусственных связующих частей композитов)
Тип связующей частей композитов у, кг/м3 МПа брас* МПа Е, МПа. V
Эпоксидная смола ЭД - 20 1250 100 80 0,36 0,33
Полиэфирная смола ПН-1 1260 85 60 0,22 0,32
Примечание: используем полиэфирную смолу ПН-1 с отвердителем - перекись бензоила, (холодного отверждения), эпоксидную смолу ЭД - 20 с отвердителем ПЭПА__________________________________________________
в действие с 1 января 1995 г. взамен ГОСТ 8267-82, ГОСТ 8268-82, ГОСТ 10260-82, ГОСТ 23254-78, ГОСТ 26873-86). То значит, они также пригодны и для изготовления декоративных изделий из полимербетонов [1, с. 541-542].
Как основные нами предлагаются две технологии изготовления декоративных изделий на основе отходов дробления мраморов с применением в качестве связующих полимерных смол, так как они достаточно прозрачны и не ухудшают свойства мраморной крошки и позволяют производить изделия без предварительной шлифовки и полировки лицевых поверхностей изделий. Отличием технологий является в использовании формовочного материала. По первой технологии используется стеклянные формы многоразовые и одноразовые. Одноразовые формы используются для изделий со стекло покрытиями, тогда они не расформовываются. По второй технологии используются формы, изготовленные из игдан-тина [2] определенных составов.
Приведем технологию изготовления форм из игдантина (смесь из желатина, воды и глицерина) Берут требуемое количество желатина (16 % от веса готовых форм), замачивают его в теплой воде (60 %) и выдерживают, периодически помешивают, в течение 5 часов до полного набухания желатина. Затем эту смесь расплавляют, не доводя до кипения, и, тщательно
перемешивая, добавляют в нее глицерин (28 % от веса готовых форм) и полученную смесь еще раз перемешивают. Затем берут матрицы, например, в виде бронзовой фигуры льва и др. зверей, помещают их в коробки, покрытые по дну полиэтиленовой пленкой лицом вверх, и заливают матрицы, приготовленной смесью из желатина, воды и глицерина (игдантина). После охлаждения игдантина до нормальной температуры, матрицы для изготовления полуфабрикатов изделий расформовывают.
По обеим технологиям используются: смесь из крошки мрамора, сланцев, красителей или сухих пигментов; эпоксидная смола с отвердителем полиэтиленполиамин или полиэфирную смолу ПН-1 с отвердителем -перекись бензоила, (холодного отверждения). Сначала смешивают крошку мрамора со сланцами, производится их декоративная обработка анилиновыми красителями, после сушки смесь готова к использованию. Другой вариант в смесь заполнителей вводят сухие пигменты в определенных пропорциях. Далее смеси декоративно обработанных заполнителей смешивается с жидкой полимерной композицией (смола с соответствующими отвердителями).
Таблица 3
Физико-технические свойства изделий из декоративного песка и крошки на основе смолы ПН — 1 и ЭД - 20
Тип искусственного камня у, кг/м3 МПа Тип полимерной смолы орас, МПа Е, МПа V
Мрамор (Джамагатский) 2260-2270 90-100 ЭД - 20 9,0-10,5 2,1-2,8 0,29-0,31
- 2280-2290 85-95 ПН - 1 8,7-9,5 1,8—2,1 0,28-0,3
Таблица 4
Физико-механические свойства основного материала плит под «шубу»
Тип связующей частей композитов у, кг/м3 ®сжі МПа ^расі МПа Е, МПа. V
Растворный камень (цемент марки М400, В:Ц:П=0,4:1:3 2100-2200 40 2,3-2,4 1,50-1,80 0,12-0,13
Бетон (цемент марки М300 - 400, В:Ц:П:Щ=0,4:1:3:4) 2400-2500 40-60 9,17-9,18 4,25-4,40 0,17-0,18
По первой технологии смеси тщательно перемешивают и заполняют в различные стеклянные формы. Формы с залитой в них не отвержденными полимерными композициями с заполнителями выдерживают 2-4 часа (для полиэфирных смол) или 10-20 часов (для эпоксидных смол) до затвердения смеси. Стеклянные формы охлаждают в холодной проточной воде, и они в случае необходимости освобождаются от стекла. Это делается по желанию заказчика. Готовые изделия могут иметь вид полностью завершенных изделий с квазиполи-рованными поверхностями значительной твердости. Если используют одноразовые стеклянные формы, то тогда твердость изделий соответствует твердости стекла формы [3].
По второй технологии в формы из игданти-на заливают приготовленные полимербетонные смеси на основе смол с соответствующими отвердителями и заполнителями из смесей декоративно обработанного дробленого мрамора различных фракций. Через 3,5 часа после достижения изделиями 40 % степени отверждения их расформовывают. Как вариант деформируют отдельные части изделий для придания им большей рельефности и выразительности. После этого изделия доводят до полного отверждения в течение суток. В результате получают изделия в виде фигурок различных зверей, обладающих прочностью приблизительно 75 % от прочности мрамора и плотностью приблизительно 2,4 г/см3. Готовые изделия по желанию заказчика можно либо полировать, либо использовать в полученном виде с полу полированным или матовым блеском [4]. Свойства связующих частей различных компо-
зитов, использованных в обеих вышеописанных технологиях, приведены в табл. 2.
Так как игдантин имеет свойство усыхать при повышенных температурах, то тогда появляется возможность сделать серию изделий с уменьшающимися геометрическими размерами. Сначала делают большую временную форму с повышенным содержанием воды, с которой снимают копию исходной формы с нормированной влажностью. Затем временную форму подвергают термообработке и выпаривают из нее воду, из-за чего она становится мень-ше.Далее делают следующую исходную форму и так повторять можно до того момента, когда форма из игдантина будет практически иметь в составе такое количество воды, при которой она не изменяет свои размеры.
В табл. 3 приведены физико-техничес-кие свойства изделий из декоративного песка и крошки Джамагатского месторождения на основе различных связующих смол.
На Джамагатском карьере на данном этапе его развития производят бетонные плиты и панели с нанесением на не отвержденные изделия крошки из декоративного мрамора белого и серого цветов. Мы предлагаем наладить производство плит под «шубу» улучшенного качества, что будет иметь больший спрос. Поэтому рассмотрим предлагаемую технологию изготовления плит под «шубу» улучшенного качества с многократным использованием формовочного речного песка. Она заключается в том, что на ровный гладкий поддон засыпается ровный слой мелкозернистого речного песка или заливается гель на основе желатина, воды, глицерина и солидола на толщину несколько
меньшую среднего диаметра зерен однофракционного заполнителя. Затем на слой песка или геля засыпается в один слой заполнитель из природного камня и вдавливается в слой песка или геля до соприкосновения зерен крошки с дном поддона. В случае использования геля ждут его полного застывания. Затем в обоих случаях выступающий заполнитель или содержимое поддонов покрывают тонким слоем эпоксидной композиции с отверждающими компонентами и мелким наполнителем из природного камня, после 20-30 % отверждения эпоксидной композиции в поддон заливают бетонную смесь на необходимую толщину, после отвердения, которой плиты расформировывают. Речной песок и гель повторно используют, причем гель перед использованием расплавляют на паровой бане [5]. Для экономии полимерного связующего в эпоксидные композиции добавляют ацетон (50 % по весу), что позволяет значительно уменьшить толщину слоя эпоксидной композиции.
Нами также опробована технология изготовления плит под «шубу» с мозаичными рисунками, которая основывается на наложение на не отвержденные плиты трафаретов с различными вырезанными в них рисунками. Технология заключается в том, что трафареты укладывают над плитой и в отверстия трафаретов (вырезанных в виде различных геометрических фигур) засыпают с помощью сит декоративные дробленые породы различных фрак-
1. Чирков А.С. Добыча и переработка строительных торных пород: Учебник для вузов. - М.: МГГУ, 2001. -623 с.
2. Трумбачев Б.Ф., Суворов НА. Материалы для оптического исследования напряжений в массивах горных выработок. - Труды ИГД АН СССР. - М.: АН СССР, 1954.
3. Петроченков Р.Г., Булат Е.С. Способ изготовления художественно-декоративных изделий. А.с. СССР № 1799737. Б.И., № 9, 1993, кл. В 28 В 11/00.
ций и цветов, например, местного кремния, серпентина и др. из русла реки Теберда, протекающей недалеко от карьера. Полученные по новой технологии изделия превосходят по декоративным качествам традиционные изделия, выпускаемые карьером. В связи с использованием трафаретов для нанесения рисунков или орнаментов на плиты повышается качество их художественного оформления. То есть появляется возможность оформление стен в виде мозаики.
В табл. 4 приводятся сведения о свойствах материала плит под «шубу». Растворный камень предназначен для производства плит с использованием крупной мраморной крошки, а бетон для плит с мелкой крошкой.
Эти технологии производства декоративных изделий и плит под «шубу» еще до конца не проанализированы с позиций экономической выгоды, и какая из них более актуальна на сегодняшний день еще не известно. Но в связи с большим объемом отходов при производстве мраморного щебня, это до 50 % от добываемой горной массы, можно полагать, что необходимость в утилизации их является актуальной. В настоящее время основной задачей при организации опытного производства в условиях действующего Джамагатского карьера является изготовление как можно большего числа вариантов изделий из искусственного мрамора и плит под «шубу» для выявления спроса на изделия по образцам и дальнейшего развития производства.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Петроченков Р.Г., Булат Е.С. Способ изготовления художественно-декоративных изделий. Патент РФ № 2022942. Б.И., № 21, 1994, кл. С 04 В 26/10.
5. Петроченков Р.Г., Булат Е.С. Технологии производства облицовочных изделий под “шубу” повышенной декоративности. - Сб.: Неделя горняка. - М.: МГГУ, 1994, с. 187-189.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------------
Дубинина Людмила Петровна — кафедра «Технология машиностроения и ремонта горных машин», Московский государственный горный университет.
