石材表面的粗糙化处理是建筑装饰石材表面加工的重要工艺之一。自打人类使用石材以来,粗糙的石材表面一直伴随着人类的文明发展过程。虽然在应用石材的过程中抛光石材越来越多地占据了石材应用的空间,但粗糙的石材表面处理技术及应用同样得到了很大的发展。用糙面石材装饰的建筑物显现出的庄重朴实的效果表明其应用前景非常广阔。
已知的石材糙面加工技术及产品形式大致可分为以下几种类型:1、自然霹雳面2、蘑菇面3、剁斧面4、荔枝面5、烧毛面6、机刨面7、喷砂面自然霹雳面很少带有加工的痕迹,显得很原始,因而其应用的场合及空间受到局限。在公路护坡、提坝、桥墩等处较为多见;蘑菇面似乎比自然霹雳面进了一步,一般在城市建筑中多用于楼群或一些特殊建筑物的基座上,清晰的线条及凹凸的石面给人以稳重、坚固的感觉。剁斧面一半用于广场及室外的地面铺设,很少用于装饰样面,机刨石面也多用于广场、坡道及人行步道等,用于墙面装饰较为少见。荔枝面的石材只是在特殊的场合如花坛、水池等处较为多见。只有烧毛面石材用途最广,烧毛面石材的使用基本不受限制,尤其通过近几年发展,建筑物的外墙应用烧毛面的石材越来越广泛、越活跃,在产量、用量上一点也不逊色于抛光石材。
上述的糙面加工多数为手工加工,很难形成大批量的工业化生产,加工出的产品在外观上、规格上有一定差距,尽管加工技术在近些年有了很大改进,甚至有专用的工具用于生产上,但总的来说还是以手工为主。机刨面和火烧面的生产基本上可以达到机械化加工,机刨面石材由于应用范围窄在这里不做重点讨论,火烧面的技术和设备想对成熟得多,品种和范围越来越广泛,可以说能够火烧的石材基本上都有烧毛的产品得到应用。
众所周知,耸立在天安门广场的人民英雄纪念碑上毛泽东主席书写的“人民英雄永垂不朽”八个大字就是用喷砂的方法,镌刻在花岗石的碑芯上的。现在一些专业清洗公司也在采用喷砂技术来清洗一些石雕类的文物。也有工厂加工板材用喷砂工艺生产喷砂面的板材(一种没有光泽的石材平面),喷砂的原理相当于高压水流的原理,使用的砂多是重砂矿物类或石英砂等,应该说喷砂工艺应用于石材也是比较多的。到目前为止,喷砂的方法还没有解决比较粗糙的表面问题,在装饰上也很少见到大面积使用喷砂面石材,喷砂面产品只限于比较细腻的亚光面。
在越来越多的使用火烧面石材的同时,火烧面石材的不足越来越突出,总结起来,火烧糙面石材存在如下几个方面的问题:
1、火烧糙面工艺是根据岩石结构的不同,组成岩石的矿物受热膨胀系数的不同,因而在岩石受热时,不同矿物在不同的温度下发生膨胀,先膨胀的矿物对后膨胀的矿物形成膨胀压,造成矿物之间的挤压,岩石的结构发生变化,直致碎裂。这种现象发生岩石受热的表面,在接近炸裂面面部位的矿物,虽然没有完全炸裂,但矿物的结构已经受到破坏。也就是说加工后的岩石已经受到高温的烘烤,岩石的物理性质已经改变,抗风化能力下降。火烧的过程就是对岩石本身一种加速氧化的过程,一些金属物质如铁等,火烧后氧化的特征十分明显,有些白色的花岗石火烧后糙面突显铁锈斑点。
2、火烧糙面工艺只能对花岗石类的石材使用,对大理石、砂岩、板岩是不能采用烧毛工艺的,即便是花岗石类的岩石也不是全适用,一些SIO2含量低的基性岩或火山岩、凝灰岩及矿物较单一的岩石都不适用烧毛工艺,这是由岩石的化学成分,矿物成分决定的。
3、机械烧毛工艺在使用电能的同时还需要氢气或天然气作燃料,用氢气助燃,用氧气助燃,相对来说能耗比较高,不符合环保的要求。
4、火烧石材表面外观单调糙面的粗细程度完全由岩石结晶程度来决定,粗粒结构的岩石其火烧面必然粗糙,细粒机构的岩石相对细腻一些,换句话说,火烧面的粗糙 程度不能人为控制,只能顺其自然。
5、材设备不密封,至少到目前还密封的设备使用在生产中。受热的岩石表面炸裂,炽热的岩屑四处飞溅操作人员劳动保护非常重要,一旦马虎就容易被烫伤。加工后的板材也不能迅速降温,操作起来不方便,有的工厂在设备上加喷水装置,以达到迅速降温的效果,殊不知岩石在受高温加热后骤降温度更加有损其寿命。
在这里介绍是一种抛丸工艺:这种工业与喷砂工艺的根本区别是抛射,而不是喷射,抛射的不是砂,而是钢丸。钢丸直径远大于喷砂直径。他的原理是根据具体要求将不同粒径的钢丸高速射到板材表面,冲击力巨大的钢丸迅速把石材表面剥蚀成立体感很强的表层。用这种方法加工出来的产品,不但质量稳定,外表美观没有盲区,而且加工速度快,成本低。与机刨、烧毛等工艺比起来,这种方法极具竞争力,在石材领域有着广泛的应用前景。
在此基础上制作出的设备叫做“抛丸机,其主要组成部分有:抛射器,上下料传送带,钢丸循环系统,自动控制系统和环保系统等。抛丸机的基本原理是:经过人工或自动化设备将石料放至于传送带上,传送带将石料送入抛丸室,离心式抛射器将淤滞的钢丸抛射到石料表面,经处理后的石料通过输送带移到下料区。钢丸则通过回收,分选等程序得以重复使用。
离心式抛射器是设备的核心部件,钢丸(A)通过蜗式阀(B)进入抛射器入口(C),配量器(D)将钢丸加速到与抛射轮(E)相匹配的速度,高速钢丸被导流套管(F)导向抛投叶片(G),并被抛射到抛丸室的加工件上。钢丸的流量由蜗形阀控制,通过调整导流套管的开口(H)来确定钢丸的抛射角度,而钢丸的抛射速度则取决于抛射轮的转速。
工件驶离抛丸室后,直接进入工件清理间,残留在工件上的钢丸和粉尘被旋转毛刷和高压吹风机清除,并通过旋转螺杆被送到风选机,在这里钢丸从粉尘和石料岩屑中分离出来,重新进入循环系统,而粉尘和石料残渣则被排放到集尘器中。
一台大功率的风机不但为风选机提供足够的风量气流,同时也保证工作的抛丸室始终保持相对负压状态避免粉尘外逸。系统经过过滤后,风尘被排放到集尘器中,而空气则通过排风扇排放。如果通过二级除尘,空气可直接排放到车间,不会造成任何污染。再在抛丸室周围安装一个隔音仓,即可创造出一个低粉尘,低噪音的工作环境。
自动控制系统可以调整和控制进料速度、抛丸强度等变量,由光栅构成的信号采集系统将上下料信息传递给控制中心,控制中心根据这些信息自动调整机器的运行状态,确保只有当工作进入抛丸室后,抛丸系统才开始工作,而当工件驶离抛丸室后,系统则自动停止抛丸,这样就避免了设备空转和无谓的磨损;当工作输送带停驶时,钢丸供应也就自动停止,从而避免了抛丸室内的部件因过度抛丸而报废。