摘要
根据岩石存在裂隙及其抗拉强度相对较小的特点，提出了刻槽劈裂与钻孔注胶两种利用矿物脆性进行石材开采及加工的方案。前者的辟裂面薄板适宜作建设外墙装饰，后者的胶液沿矿体节理渗透方式可提高成荒及成材率，具有提高资源利用水平与环保的意义。
关键词
裂隙矿物 刻槽劈裂 钻孔注胶 外墙装饰 资源利用 环保。
引言
石材生产的原料是由岩石块体和非连续节理裂隙组成的地质结构体，其技术的核心应是巧妙的裂隙聚合与岩石块体的断裂分解。近年来采用石英岩玉，蛇纹石、透闪石和透辉石等无机矿物生产的玉石建材产品，以其半透明晶体矿物具有的孔道结构，表面活性，光电效应和电磁性能形成了产品的净化环境性能，也以此形成了一种接地气之感。现行的石材生产尽管有真空渗胶与合成岗石两类技术，对裂隙矿物的利用具有一定的意义，但在石材的矿山开采中，不管是用圆盘锯还用绳锯，都在其岩体裂隙较严重时必然造成大量的碎石闲置及成荒率较低的问题。从广场砖、路面砖、蘑菇石、火烧板等工艺要求不高的板材加工来看，也是用先锯切成大板而后分切，造成大量石粉的办法，对脆性矿物几乎是沿用了全部韧性材料的加工手段。长条形瓷砖之所以能广泛地作为建筑外墙甚至于是高层建筑的外墙面，一是它的厚度小且造价低，二是其背面粗糙而易于粘贴。如果将花岗岩类矿物用特殊工艺进行一种以劈裂为主要手段的小型薄板加工，应该较烧制成的瓷砖更有优势，也具有提高资源利用水平与技术水平多方面的意义。
1、 刻槽劈裂的思路及技术方案
刻槽劈裂技术是根据脆性矿物的抗拉强度远小于抗压强度的岩石特点而提出的。只要外加的折断力也就是材料内部的应力达到一定强度，内部已存在的裂纹被激活扩展，经岩石的裂隙闭合，弹性变形，裂隙生长和宏观破裂的过程，形成岩石的断裂。刻槽劈裂是在方柱体的两个或四个侧面预先锯切出对称或闭合的若干槽缝，利用槽缝尖端处应力集中而易于断裂的特点，采用冲击型且连续动作的劈裂设备进行矿物薄板剪切式分离。
2 、劈裂型石材面砖的制作方法是：
方柱制作工序是采用花岗岩、石英岩玉、辉绿岩、大理石等矿物，先用大型锯机将荒料锯切成方柱或厚板体；刻槽工序是用小型组合圆锯对方柱体的四周边或上下的侧面横向锯切成相等间距的槽缝，其槽缝深度为2~12mm，槽缝间距最小为4mm；劈裂工序是用直角型刃具的液压襞裂装置，以50~500t的液压力及1~5次/min的重复频率连续进行冲击劈裂，上刃具以直线单刃或直角形的刃口对平行推进的厚板体或直角垂直向上放置的方柱体，沿槽缝依次进行冲击斩断；复合工序是用玻化微珠与水泥等混合的轻质料体，在模具中将单块或多块拼接组合的劈裂型方砖（板）作为面层、而混合料作为基体进行轻质装饰面砖的复合加工，或将较小面积与较小厚度的小型劈裂方块、用玛赛克工艺拼装及粘结在牛皮纸上而成石质玛赛克制品。
新型劈裂设备的设计要点是：
平行或直角型冲压设备的刃具均为长条形面接触方式，在其下边刃具支撑与料体尾端上压的配合中进行上刃具重复的剪切动作：依据脆性岩石的抗拉强度小于250kg/cm2的特点，在最大分解面积设定为60×30cm时，对其冲击拆断的冲击力应设定在500t，对小型设备的液压力仅需50~100t；对于正方形劈裂面砖的液压劈裂设备，适宜采用上、下刃具均为“V”形的侧边对齐结构，由此形成方柱体的四个面同时受力而沿其闭合的四条槽缝齐整断裂：这种设备还要设置沿水平方向推进的平移机构，使其在连续的切断中逐步推进一个板厚的行程，以四周对合或上下对合的压力进行沿缝隙断裂的薄板加工。
3 、钻孔注胶开采裂隙石材的方案
我们曾经在《石材》2013年第5期的“高硅矿物加工装饰板材的若干方法”一文中，对钻孔注胶开采裂隙岩体的方案进行过初步的介绍。其基本做法是用钻排孔并对称刻槽，再用较大压强的注胶设备对有机高聚物进行强力推压，在前期的裂隙填充与后期的胶液膨胀中，同时完成裂隙注胶并沿刻制槽缝断裂的一举两得的工作。这种注胶裂解方法具体在矿山实施时，存在一个加压装置在使用完毕必须进行胶液清理而避免高聚物液体同机械部件凝固成一体的问题，还存在注入孔中及缝隙中有效使用的胶液相对加压设备及管路中的胶液要少而浪费的较大问题。
由于裂隙岩体之中的节理裂隙之间基本上没有相对的位移，对这些微米级细微的空隙进行胶液填充并不需要太多的液态物，在大多数情况下仅用其若干钻孔中灌注的胶液就能够满足有关裂隙填充的需要。因此，采用一种仅将水性环氧树脂胶液注入排孔中，而用清水及加压设备进行间接推压方案可对早期钻孔注胶技术存在的缺陷能够有所弥补。
采用水压设备进行钻孔中先注胶而后用清水进行强压渗透的工艺步骤为：
经钻孔刻槽、胶液配置、设置胶嘴和强力推压工序完成裂隙岩石的胶结愈合与注胶胀裂。其中，钻孔刻槽工序是在岩体的垂直与水平方向按2~4:1的深度比例用凿岩机钻出直径为38~40mm且间距为200~400mm的三排深孔，并依次用刻槽工具对圆形深孔进行对称“V”形的刻槽：胶液配置工序是用水性环氧树脂、水性环氧固化剂、水三者按1:1~13∶0.3~1的质量比进行搅拌，并在设置胶嘴完成后注入各深孔中：设置胶嘴工序是将专用的注胶嘴分别紧固及粘结在各深孔的孔口位置，再用高压胶管分别联系于强力注水装置：强力推压工序是用水力加压装置在3~20min内逐渐增加压强至60MPa利用逐渐进入深孔中的高压力对孔中原有胶液进行推压，并在其后期较大压力与刻槽形成的人为缝隙易于段裂的条件下突现立方体荒料的裂解。其中对岩体表面的裂缝可用高聚物胶液进行涂刷。
基于断裂力学之裂隙面的渗流量与隙宽的三次方成正比并与压力成正比的理论，采用20～60MPa的液体推压力，能够对矿体中存在的微裂隙产生较充分的渗透效果，并用排孔及“V”型槽撕裂效应，在后期完成脆性岩石的有序裂解。利用环氧树脂分子上引入羟基、羧基、醚基等强水性基团形成的水溶性，使其易于随水浔渗到岩体的结构层及微隙中，既使在潮湿的缝隙中也能够粘结固化，利用有机胶液实现了无机矿物节理的重新愈合。矿物解理面有复杂的微观形貌及纳米级的节理台阶，能以其化学活性形成天然的自净化性能。
4、综述
采用切槽或刻槽的工艺是一种设定裂隙而宜于沿直线劈裂的辅助工作，以此易于脆性矿物的有序分解。对于花岗岩、石英岩玉等高硅质矿物，除用于地面，台面要求有光滑面的场所，采用先锯后磨的加工方法有其必要性及价值。对于建筑墙面尤其是高层建筑的外墙贴面砖，就不应该采用包括锯切与研磨在内的形成10mm以上磨削量为代价进行其产生大量粉末并伴随有一系列消耗的石材加工方法。对于储量巨大的石英岩玉矿山，虽然采用现行的矿山绳锯能进行其不损害资源的开采，用组合绳锯也能进行其大板的锯切，但石英含量超速90%的高硅的矿物，但在串珠绳及电力存在的巨大消耗中很难产生规模及经济效益。用金刚石刀具划玻璃而进行玻璃板分切，也是一种预制槽缝而后劈裂的做法。对于脆性均质矿物，采用劈裂分解较硬性锯切技术不论从何种角度看都是有益且容易的。
参考文献
1.刘建平，一种钻孔注胶开采加工裂隙石料的方法.中国专利局
2013年1月.
2.刘建平.劈裂型石材面砖的制作方法中国专利局2014年4月2015年10月3日.
全文完
作者：刘建平 山西省五台县经贸局 原创首发《石材》2015年11期
END
,
