Nowoczesne narzędzia polerskie

 Wśród różnych rodzajów faktur powierzchni elementów wykonanych z kamienia naturalnego, mimo wzrastającej popularności faktur palonych, groszkowanych czy sztucznie postarzonych (anticato) najbardziej popularną pozostaje tradycyjna faktura polerowana. Polerowanie wydobywa z kamienia całe piękno jego struktury, pogłębia kolorystykę ale także zwiększa odporność materiału na działanie czynników zewnętrznych. Tradycyjne techniki polerowania oraz narzędzia i materiały polerskie coraz szybciej wypierane są nowymi, bazującymi głównie na diamencie syntetycznym zatopionym w spoiwach metalowych i żywicowych. Diament jako najbardziej twardy z materiałów zapewnia znacznie większą żywotność narzędzi, większą wydajność - a co za tym idzie - niższe koszty obróbki. Przyjrzyjmy się więc tym narzędziom na przykładzie obróbki powierzchniowej płyt granitowych, najbardziej popularnym zastosowaniu narzędzi polerskich.

Polerowanie: co to takiego?

Powierzchnia płyty granitowej uzyskanej w drodze cięcia za pomocą śrutu staliwnego (traki wahadłowe) czy też tarczy diamentowej charakteryzuje się nierównościami dochodzącymi do 2-3 mm. Innym problemem jest płaskość powierzchni: często wskutek luzów maszyny czy też nieodpowiednich parametrów cięcia płyta wymaga wyrównania. Pierwszą operacją, jakiej poddaje się płytę granitową, jest operacja "kalibrowania" - zdzierania dużych nierówności. Po uzyskaniu płaskiej powierzchni, płytę poddaje się kolejnym operacjom szlifowania- polerowania, których sekwencja ma na celu stopniowe zmniejszanie nierówności (chropowatości powierzchni) aż do osiągnięcia "poleru" (nierówności 2,5 - 20 m). Operacje te przeprowadza się za pomocą materiałów ściernych o coraz mniejszej wielkości ziarna (granulacji), które dociska się i wprawia w ruch względem obrabianej powierzchni. W uproszczeniu mówiąc, używając materiału ściernego o danej wielkości ziarna niwelujemy mikronierówności powierzchni o wysokości odpowiadającej wielkości tego ziarna. Szybkość dochodzenia do faktury polerowanej zależy oczywiście od twardości obrabianego granitu, rodzaju materiału ściernego czy też samej techniki szlifowania-polerowania, ale także w nie mniejszym stopniu od liczby operacji i odpowiedniego doboru sekwencji stosowania materiałów ściernych o różnych wielkościach ziarna. W praktyce łatwo można się przekonać, że pominięcie jednej wielkości ziarna powoduje konieczność znacznego wydłużenia czasu trwania operacji z użyciem ziarna o mniejszej wielkości. Z drugiej strony często zbyteczne i niepotrzebnie wydłużające cały proces jest stosowanie materiałów ściernych o wszystkich dostępnych wielkościach ziaren.

Narzędzia

Materiały ścierne w luźnej postaci obecnie rzadko używane są do polerowania granitu.

Najczęściej spotykane narzędzie szlifiersko-polerskie składa się z materiału ściernego zatopionego w spoiwie i posiada formę i chwyt odpowiedni do zastosowania na danej maszynie. Wśród najbardziej popularnych materiałów ściernych oprócz karborundu, korundu czy elektrokorundu coraz powszechniej stosowany jest diament syntetyczny. Ten najbardziej twardy ze znanych materiałów (140 razy bardziej odporny na ścieranie niż korund) w ostatnich latach staje się podstawowym materiałem przy produkcji narzędzi szlifiersko-polerskich. W chwili obecnej dostępne są zarówno diamentowe segmenty szlifierskie (30 - 120 mesh*), jak i polerskie (120 - 1800 mesh). Końcową operację wykonuje się w dalszym ciągu używając klasycznych segmentów LUX.

* MESH - wielkość ziarna określona rozmiarem sita, przez które jest przesiewane; liczba określa ilość otworów sita na jednostce powierzchni Klasyczne spoiwa magnezytowe mają zastosowanie jedynie w produkcji narzędzi z użyciem korundu lub elektrokorundu. W narzędziach diamentowych stosuje się spoiwa metalowe (segmenty szlifierskie) lub żywicowe (segmenty polerskie).  Twardość, gęstość i odporność na ścieranie stosowanych spoiw jest różna a ich dobór odbywa się na podobnych zasadach, jakie obowiązują dla innych narzędzia diamentowych - sprowadza się do znalezienia swoistego punktu równowagi między zużywaniem się (wykruszaniem) kolejnych ziaren diamentu a ścieraniem się spoiwa. Wielki wpływ na ten proces mają, oprócz obrabianego materiału, zarówno rodzaj maszyny, jak i parametry obróbki. W praktyce korzysta się tutaj z doświadczenia producenta, którego zadaniem powinno być odpowiednie dobranie narzędzi i ustawienie parametrów pracy (np. siła docisku).Wprowadzone na rynek kilkanaście lat temu głowice wahliwe spowodowały, że najbardziej popularną formą narzędzi polerskich do obróbki płyt granitowych stały się segmenty polerskie typu „fickert", w Polsce nazywane „wagonami”. Wagony diamentowe ze spoiwem metalowym są na ogół mocowane za pomocą śrub do metalowego chwytu typu „jaskółczy ogon”. Ponieważ kształty chwytów w głowicach różnych producentów różnią się nieco, pozwala to na łatwe dopasowanie narzędzia do danej głowicy.Wagony diamentowe ze spoiwem żywicowym, podobnie jak klasyczne wagony magnezytowe, mają formę monolityczną i posiadają chwyt plastykowy, który jest na tyle elastyczny, że nie wymaga szczególnego dopasowywania do danej głowicy.

Maszyny

Operacje szlifowania i polerowania płyt granitowych można przeprowadzać na różnych rodzajach maszyn. Najbardziej popularne to:maszyna ręczna typu "kolankówka", automatyczne lub półautomatyczne polerki, mostowe linie polerskie z transporterami taśmowymi.Polerki mostowe stosowane są głównie przy produkcji średniej wielkości i do obróbki płyt raczej większej grubości (polerowanie cienkich płyt jest także możliwe, ale może sprawiać kłopot). Nowoczesne polerki mostowe, jak na przykład automatyczna maszyna T 500 firmy THIBAUT (patrz zdjęcie). Wyposażona w system automatycznej wymiany głowic, pozwala na wyposażenie każdej głowicy w wagony diamentowe o odpowiedniej wielkości ziarna i indywidualne dobranie dla nich najbardziej optymalnych parametrów pracy, zarówno siły docisku, czasu polerowania, jak i różnych typów ruchu głowicy po płycie i ich kombinacji. Pozwala to na takie zaprogramowanie maszyny, że idealny poler uzyskuje się już w pięciu operacjach (programowanie pracy pięciu głowic). W praktyce najczęściej stosuje się następującą sekwencję narzędzi:

80 - zdzierak, wagon diamentowy ze spoiwem metalowym

220 / 400 / 800 - wagony diamentowe ze spoiwem żywicowym

LUX - wagony konwencjonalne.

Przy takim rozwiązaniu uzyskuje się szybkość polerowania do 5 mkw./godz.

Linie polerskie z transporterami taśmowymi to maszyny do produkcji masowej. Budowane są zarówno do płytek o szerokości 60 cm, jak i płyt do 220 cm. Grubość płyt od 2 cm do 12 cm. Ilość zainstalowanych głowic na jednej maszynie od 12 do 20. Głowice umieszczone w moście poruszają się poprzecznie w stosunku do przemieszczających się na taśmie płyt. Nowoczesne linie polerskie posiadają system odczytu szerokości i wysokości płyt, co pozwala na sterowanie podnoszeniem i opuszczaniem głowic tak, by głowica miała kontakt z obrabianą płytą tylko w momencie, gdy płyta znajduje się pod nią. Maszyna posiada możliwość indywidualnego ustawiania punktów, w których każda z głowic podnosi się i opuszcza, oraz siły docisku. Dzięki temu zapewnia się odpowiednie warunki pracy dla wagonów polerskich o danej wielkości ziarna. Ponieważ czas kontaktu narzędzia z obrabianą płytą jest limitowany prędkością przesuwu taśmy oraz prędkością ruchu poprzecznego mostu, jasne staje się, że aby uzyskać odpowiedni efekt przy pracy narzędziem o danej wielkości ziarna, należy odpowiednio dobrać siłę docisku, twardość spoiwa i ewentualnie założyć identyczne wagony na dwu lub trzech kolejnych głowicach. Ograniczeniem są oczywiście możliwości maszyny, w szczególności mała liczba głowic nie pozwala na uzyskiwanie dużych szybkości polerowania a nawet może powodować konieczność ponownego przejścia płyty przez linię polerską. Z doświadczenia wynika, że linie polerskie powinny posiadać 16 - 18 głowic, aby uzyskiwać dobrą jakość powierzchni w jednym przejściu przy prędkości taśmy 80 - 120 cm/min. Uzyskuje się wówczas wydajność 80 - 100 mkw./godz., zależnie od rodzaju obrabianego materiału.

Koszty polerowania

W celu określenia kosztów polerowania posłużmy się przykładem 18-głowicowej linii polerskiej JumboBright PGM firmy Gaspari Menotti, (patrz zdjęcie). Maszyna wyposażona jest w głowice sześciowagonowe, pracuje w cyklu w pełni automatycznym. System rejestruje wszystkie parametry pracy maszyny, wielkość obrabianych płyt i stopień zużycia elementów polerskich, przez co uzyskuje się pełną analizę kosztów polerowania.Powyższe koszty uwzględniają oczywiście jedynie udział narzędzi w ogólnym koszcie wytworzenia. Dodając koszty energii elektrycznej, pracy ludzkiej (1 osoba), amortyzacji maszyny, konserwacji itp. uzyskujemy całkowity koszt polerowania poniżej 4 EURO/m2.

Inne korzyści stosowania diamentowych narzędzi polerskich to:

- znacznie lepsza jakość powierzchni niż uzyskiwana metodami klasycznymi,

- zwiększenie szybkości obróbki 10-20% brak przestojów maszyny wobec dłuższej żywotności narzędzi, niższe koszty pracy ludzkiej (wystarczy jeden operator),

- mniejsze zużycie energii (20-25%) i zwiększenie żywotności elementów maszyny w związku z mniejszym obciążeniem,

- znacznie mniejsza ilość błota, niższe koszty czyszczenia maszyny,

- brak szkodliwego wpływu na środowisko, (produkty ekologiczne),

- zmniejszenie kosztów transportu i składowania materiałów polerskich (narzędzia klasyczne zajmują 250 razy większą objętość),

- mniejsze niebezpieczeństwo pęknięć płyt i uszkodzeń wobec mniejszych sił docisku.

Pamiętać jednak należy, że wobec wyższych kosztów jednostkowych narzędzi, ich stosowanie wymaga dobrego stanu maszyny, w szczególności zaś głowic. Wobec powyższych zalet wydaje się, że stosowanie diamentowych narzędzi polerskich wkrótce stanie się tak powszechne, jak stosowanie tarcz diamentowych do cięcia kamienia.

Europa coraz bliżej

Dnia 29.09.2002 r. w kopalni Czaple odbyło się spotkanie zarządu ZPBK. Poruszano na nim  tematy dotyczące zbliżającego się II Kongresu Kamieniarskiego oraz propozycję przystąpienia polskiego związku do międzynarodowej organizacji kamieniarskiej EUROROC, z którą zwrócił się do nas sekretarz generalny organizacji prof. dr Gerd Merke. Zarząd jednogłośnie ustalił, że przynależność do europejskiej organizacji jest sprawą bardzo ważną dla polskiego związku. W tym roku w jej grono wstąpił związek kamieniarski z Czech i Irlandii. Z powodu problemów finansowych, z jakimi boryka się związek, temat pozostał otwarty do następnego spotkania EUROROC, które planowane jest na maj 2003 roku, podczas targów Stone-tech w Norymberdze. Ostatnie walne zgromadzenie członków EUROROC odbyło się w Weronie podczas  jesiennych targów Marmomacc, w trakcie jego trwania doszło do przekazania fotelu prezydenta organizacji Joachimowi Grüterowi, który już sprawuje funkcję prezydenta, tyle że niemieckiego związku kamieniarskiego. Nowy prezydent przekazał wyrazy uznania odchodzącemu prezydentowi José Marín Núńez, który jako jedyny w historii EUROROC piastował to stanowisko przez dwie kadencje. W swoim przemówieniu Joachim Grüter zwrócił uwagę, iż rozszerzenie Unii Europejskiej wymaga połączenia sił w podejmowanych działaniach oraz zgodności podejmowanych decyzji. Zaznaczył, że potrzebne jest wypracowanie wspólnego stanowiska przez wszystkie państwa europejskie w odniesieniu do przemysłu kamieniarskiego. Pomoże to ujednolicić europejski rynek kamieniarski przy jednoczesnym zachowaniu różnorodności regionów przemysłu kamieniarskiego. Zaznaczył, iż jednym z celów organizacji będzie pomoc krajom Europy Wschodniej, wstępującym w niedługim czasie do Unii Europejskiej, w organizowaniu centrów technicznych oraz przy budowie szkół kamieniarskich. EUROROC poprosi Komisję Europejską o wsparcie finansowe krajów Europy Wschodniej. Zwrócił również uwagę na zbyt biurokratyczny sposób pracy Komisji Europejskiej, która skupia się wyłącznie na uchwalaniu dyrektyw i szacowaniu ryzyka. Przemysł kamieniarski potrzebuje pomocy w otwieraniu nowych kopalń, zachęcenia do pracy i zainteresowania kamieniem naturalnym. Komisja powinna wspierać przedsiębiorców w promocji naturalnego produktu, jakim jest kamień. Jak już było wyżej wspomniane, na ostatnim posiedzeniu zarządu ZPBK rozmawiano również na temat organizacji zbliżającego się II Kongresu Kamieniarskiego oraz  spotkania business to business, które spotkało się z dużym zainteresowaniem. Przypomnijmy, iż spotkanie business to business to inicjatywa, która jest pokłosiem IV Walnego Zjazdu ZPBK. Celem spotkania business to business jest nawiązanie współpracy handlowej pomiędzy uczestnikami, stanowi ono też szansę zbycia zapasów magazynowych i zakupów po atrakcyjnych cenach. Dlatego też uczestnicy zostali poproszeni o przygotowanie korzystnej oferty, którą zaprezentują na spotkaniu. Głównym celem kongresu jest integracja środowiska kamieniarskiego. Jest to również doskonała okazja do wymiany informacji i doświadczeń uczestników.Wszystkich zainteresowanych serdecznie zapraszamy do udziału

w cyklu seminariów:

ODWIECZNOŚĆ KAMIENIA A NOWOCZESNOŚĆ TECHNOLOGII

Dzień Architektów, 21 Listopada 2002 r. Wrocław,

Muzeum Architektury.

Dzień Kamieniarzy, 24 Listopada 2002 r. Wrocław, I.A.S.E.

Dzień Kopalń 26, Listopada 2002 r. Strzegom, hotel “Granit”

Ich organizatorem jest Włoski Instytut Handlu Zagranicznego przy współpracy z włoskim zrzeszeniem AIMM MarmoMacchine, SARP Wrocław oraz Związkiem Pracodawców Branży Kamieniarskiej. Wstęp bezpłatny, ale wyłącznie za zaproszeniami, które można uzyskać pod adresem Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie obsługi JavaScript. lub pod telefonem (22) 6276080, 6280243. Imprezę prowadzi Ryszard Paszkowski.

Członków związku oraz wszystkich interesujących się jego działalnością zapraszamy na stoisko ZPBK na targach KAMIEŃ 2002

we Wrocławiu.   

Elewacja kamienna

Stosowanie kamienia w architekturze zapewnia obiektom nie tylko piękno, ale i wielowiekową trwałość, pod warunkiem odpowiedniego doboru surowca. Spełniać ma on nie tylko wymagania kolorystyczne i estetyczno-plastyczne, ale również wytrzymałościowe, strukturalne i mineralne. W architekturze współczesnej przy kształtowaniu elewacji specjalne efekty osiąga się poprzez operowanie kontrastami faktury i koloru. Uzyskanie tych efektów gwarantują właściwie dobrane rodzaje kamienia. Podstawową cechą odporności materiału kamiennego na działanie czynników atmosferycznych jest badanie na zamrażanie. Wyniki badania mrozoodporności powinny być uzupełnione obserwacją stanu zachowania się materiału w budowlach, które wcześniej wykonane zostały z tego samego materiału i które poddane były działaniu tych samych warunków klimatycznych, w których będzie pracował badany materiał. Niewłaściwa ocena czynników określająca trwałość kamienia na elewacjach prowadzi z reguły do następstw kończących się wymianą całych fasad, np. z marmuru i wapienia, na inny rodzaj surowca, co miało miejsce w dużym zakresie m.in. w USA. W drugiej połowie XX wieku w niektórych krajach europejskich i w USA podjęto próbę stosowania na elewacje cienkich płyt skał węglanowych. Dziś na podstawie uzyskanych doświadczeń można stwierdzić, że eksperyment ten nie powiódł się. Przeprowadzone badania w laboratoriach i na elewacjach wykazały, że zmienna struktura tych skał, anizotropia kryształów kalcytu oraz występująca tendencja do wypłukiwania słabo zwięzłego kalcytu w użylonych wapieniach i otwieranie szczelin, stanowią źródło wad materiałowych, przyspieszających korozję chemiczną fasad marmurowych. W wyniku działania czynników atmosferycznych następuje utrata połysku oraz barwy kamienia, powstają brunatne plamy na powierzchni płyt oraz zmiana kształtu (paczenie się płyt) i ich odpadanie. Zmiany uwidaczniają się po 10 lub 15 latach eksploatacji elewacji. Z takich właśnie marmurów wykonano szereg fasad, które uległy degradacji m.in. w USA, Finlandii, Francji. W USA w klimacie wilgotnym stwierdzono wyginanie się oraz szybkie niszczenie płyt z marmuru „Carrara” użytego w 1987 roku do okładzin fasad budynków. Powodem tego zjawiska było osłabienie naprężeń wewnętrznych w cyklicznym procesie nawilżania i wysuszania płyt. Podobne przykłady zaistniały w Kansas City i w Nowym Jorku (Chase Lincoln, First Bank of Rochester,  27 pięter) oraz w Chicago. Wieża „Amoco” wybudowana w latach 1971-1973 została obłożona na całej swej wysokości (346 metrów) płytami z marmuru „Carrara”. Łączna powierzchnia elewacji wynosi 65 tysięcy metrów kwadratowych. Przeciętne wymiary płyt: grubość 3,2-3,8 centymetra, długość 1,32 metra, szerokość 0,83 i 1,1 metra. W 1980 roku płyty zaczęły się odkształcać, a w 1987 roku zjawisko to stało się niepokojące. Odnotowano wypukłości przekraczające 11 milimetrów. Najbardziej zdeformowane płyty znajdowały się na elewacji wschodniej i południowej, w miejscach bardzo dużego nasłonecznienia. Po przeprowadzeniu serii testów na elewacjach i w laboratoriach w 1990 roku wymieniono kosztem 25 milionów dolarów całą elewację marmurową na inny rodzaj surowca. W Finlandii przykładem wyraźnego wygięcia płyt elewacyjnych jest gmach „Finlandia House” w Helsinkach. Elewacja tego obiektu wybudowanego w 1971 roku została wykonana z marmuru „Carrara”, z płyt o wymiarach: grubość 2,8 centymetra, długość 1,5 metra, szerokość 1 metr. Na najwyższej części budowli nastąpiła wklęsła deformacja płyt, brzegi płyt zostały uniesione na zewnątrz na wysokość 2-3 centymetry. Płyty dolnej części elewacji budynku chronione przed deszczem zostały również wygięte w przeciwnym kierunku, nastąpiła deformacja wypukła. We Francji „Wielki Łuk” na La Defense w Paryżu obłożony również marmurem, płytami o wymiarach: grubość 3 centymetry, szerokość 0,70 metra, długość 0,7 metra, po 10 latach od zakończenia budowy wykazał uszkodzenia. Niektóre płyty zaczęły się wyginać, wystąpiły wykrzywienia wypukłe rzędu 15 milimetrów, a na obrzeżach  szczeliny, głównie na fasadzie południowej  i w części górnej elewacji. W Polsce w latach 1970-1990 nie było odosobnione stosowanie dolnośląskich marmurów i wapieni kieleckich na elewacjach szeregu renomowanych obiektów i budowli. W Warszawie z marmuru wykonano elewacje m.in. gmachów: Biblioteki Narodowej, biura radcy handlowego Ambasady Rosji, Ambasady USA, Ambasady Kanady. Wapień kielecki „Bolechowice” zastosowano na elewacje od strony ulicy Świętokrzyskiej gmachu Centrali Narodowego Banku Polskiego, a z wapienia „Zygmuntówka” fragmenty elewacji na budynku Domu Chłopa. W Krakowie na budynku Instytutu Pediatrii elewację stanowią marmury „Sławniowice” i „Biała Marianna”, a budynek Instytutu Onkologii ma fragmenty elewacji wykonane z wapienia „Morawica”. Na wszystkich wymienionych elewacjach wystąpiło zjawisko małej odporności marmurów krystalicznych i wapieni na szkodliwe działanie atmosfery. Marmury i wapienie zbite zbudowane w przewadze z węglanów są związkami zasadowymi, odznaczają się małą odpornością i w środowisku zanieczyszczonej (kwaśnej) atmosfery szybko ulegają korozji. Zaobserwowano, że największy stopień uszkodzenia płyt elewacyjnych wystąpił w wapieniu jurajskim. Oprócz zmiany barwy kamienia z jasnokawowej na brudnoszarą, na powierzchniach płyt wystąpiły plamiste, rude przebarwienia i wykwity. Stan techniczny tych elewacji jest jak gdyby potwierdzeniem spostrzeżeń zaczerpniętych z literatury światowej, a odnoszących się do omówionych przykładów stosowania elewacji z płyt marmurowych i wapieni w środowiskach wielkomiejskich w USA, Finlandii i Francji. Wyniki długoletnich obserwacji poczynione na elewacjach w kraju oraz informacje na temat stosowania tych surowców za granicą wykorzystano przy opracowaniu normy PN-B-11203 Materiały kamienne  płyty do okładzin pionowych zewnętrznych i wewnętrznych. W normie ustanowionej w 1997 roku przyjęto, że marmury i wapienie zbite jako skały węglanowe, najbardziej reagujące na niszczące działanie atmosfery oraz charakteryzujące się dużym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej nie nadają się do produkcji płyt przeznaczonych na okładziny elewacyjne. W środowisku mocno zanieczyszczonym najlepiej zachowują się skały magmowe, a także niektóre odmiany piaskowców. Świadczą o tym budowle, które przetrwały do dzisiaj w stanie dobrym. Przykładem może być wybudowana z piaskowca w 1937 roku elewacja starego budynku Biblioteki Jagiellońskiej w Krakowie oraz szereg obiektów zabytkowych w Polsce. Dużym problemem wydaje się być zastosowanie surowców przypadkowych, nie sprawdzonych w środowisku, często sprowadzanych z daleka, a podjęte decyzje o ich zastosowaniu są pewnego rodzaju eksperymentem, który może drogo kosztować. Polska jest krajem bogatym w surowce skalne, które w wielu przypadkach zostały sprawdzone w środowisku i należałoby się zastanowić nad szerszym ich zastosowaniem.

Bibliografia:

Zdzisław Małecki  „Materiały budowlane i mechanizmy ich korozji. Trwałość, korozja, renowacja”, Renowacje, 5/1999

Julian Tokarski „Skały węglanowe”, Kamień i Wapno, 5/47.

Raymond Perier „Wewnętrzne pękanie ziarniste  zagrożenie dla fasad marmurowych” Le Mausollee, 9/1995

Techniczny przewodnik dla racjonalnego stosowania marmuru. Mediolan 1972

„Obliczenia konstrukcyjno-wytrzymałościowe węzła kotwiącego okładziny kamiennej”, Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Lądowej, Kraków 1988

PN-B-11203:1997, Materiały kamienne. Elementy kamienne; płyty do okładzin pionowych zewnętrznych i wewnętrznych.

DIN 18516 cz.3 Okładzina ścian zewnętrznych, wentylowanych od wewnątrz. Naturalny kamień obrobiony. Wymogi, wymiary.

M. Marszałek, „Pożeracze zabytków”, Dziennik Polski, 21.11.2000 r.