Обработка природных каменных материалов

В виду частых споров на КОНТЕ по поводу озвученной тематики (а также нежелания части граждан читать предложенные источники), я решил опубликовать этот маленький материал в качестве небольшого ликбеза. Прошу не судить строго, ибо это только базовые знания по предмету: "Обработка природных каменных материалов".

Общий характер работ

Камень доставляется к месту проведения работ или в обработанном (отделанном) виде, вполне пригодном для кладки, или в грубых разнообразных формах, непосредственно использовать которые в кладке нельзя. В последнем случае дальнейшая обработка камня производится на месте проведения работ, недалеко от кладки, и требует наблюдения за процессом производства работ.

Обработке камня часто предшествует его разделка, т.е. разделение больших грубых форм камня (монолитов) на части.

Разделка камня

Разделка камней на части обычно производится при помощи клиньев. Для этой цели в выбранном камне, по определенному направлению, пробуравливается ряд скважин, глубиною почти равной толщине монолита, в которые вставляются железные клинья и по ним по-очередно ударяют (осаживают) молотком. Осаживание клиньев вызывает в камне усилия растяжения, вследствие чего по линии скважин появляется трещина, разделяющая монолит на части требуемой величины.

Чтобы уменьшить дробление (крошение) камня в скважинах от действия железных клиньев, они обкладываются железными пластинками, распределяющими давление клина на большую поверхность скважины.

Бурение скважин производится цилиндрическими, плоско заостренными, стальными, железными или наваренными сталью бурами. Кроме плоских, применяются буры, отделанные пирамидальными, зубчатыми или крестообразными наконечниками. Каменотес, направляя левой рукой бур, правой ударяет по нему молотком и поворачивает его после каждого удара на 15°—20°, причем лезвие последнего медленно и понемногу дробит камень, превращая его в порошкообразную массу.

При этой работе бур разогревается, поэтому для охлаждения его в скважину наливают воду, которая вместе с тем способствует и удалению мелкораздробленного каменного порошка (шлама), вычерпываемого из отверстия специальной ложечкой. Толщина буров и расстояние между скважинами определяется прочностью камня и необходимой точностью проведения работы. Чем толще бур, тем большую часть (не менее половины диаметра скважины) приходится потом стесывать и терять для дела. Вместе с тем, при глубоких скважинах и значительной длине буров требуется большая толщина их, чтобы выдержать без изгиба удары молотка. Чем ближе расположены скважины, тем точнее пройдет между ними трещина в камне, но тем больше потребуется произвести буровых отверстий.

Толщина буров бывает от 3/4 до 21/2 дюймов (~2-6 см) при длине до пяти четвертей аршина (~90 см). Вес молотка — от пяти до десяти фунтов (~2-4 кг). Расстояние между скважинами — от получетверти до полуаршинна (~8-36 см).

Необходимо однако пояснить, что не только каждая горная порода, но даже отдельные камни требуют специальных приемов, для наиболее рациональной их разделки; эти приемы приобретаются только практикой и дать общие указания затруднительно.

Если камень должен быть разделан с меньшей потерей материала или расчленен на плиты (лещадки), то взамен клиньев применяются пилы и производится распиливание камня.

Ручная пила схожа с обыкновенной столярной и состоит из стальной полосы, натянутой в деревянной раме (лучке). Полоса (полотнище, полотно) делается шире и толще, нежели в столярных пилах, и не имеет зубцов (рис. 1). Пила подвешивается к канатам (стелюгам) и приводится в движение рабочим, который подсыпает под пилу песок, подливает воду и регулирует положение пилы с целью постоянного нажима на камень.

Песок, надавливаемый и приводимый в движение полотнищем пилы, истирает камень и постепенно пропиливает щель, разделяющую монолит на части. Очевидно, что при работе происходит и измельчение песка, который требуется возобновлять постоянной подсыпкой. Песок должен происходить из твердых пород (кварц, алмаз, наждак и др.), он также иногда заменяется мелкими зернами чугуна или стали. Вода необходима для охлаждения пилы, удаления шлама (каменной муки) и отчасти для некоторого размягчения камня.

Работа по распиловке камней идет очень медленно и продуктивность ее зависит от породы распиливаемого камня и качества подсыпаемого порошка. Во всяком случае, пропил одного аршина (~72 см) в сутки считается хорошим результатом, так как некоторые породы (шокшенский песчаник) допускают в течение суток углубление пилы лишь на 1/4—1/2 дюйма (~0,63-1,27 см). При таких условиях стараются увеличить продуктивность работы одновременным распиливанием камней на несколько плит (лещадок), для этой цели укрепляют в лучке соответственное количество параллельных полотнищ или делают их зубчатыми.

Зубчатые пилы пригодны для мягких пород, для твердых, же лишь в последнее время, стали изготовлять полотнища из материала самого высокого качества и делать в них прорези в виде треугольников, обращенных углом с небольшой щелью книзу, т.е. к пропилу. Прорези способствуют движению песка и пропилу, а также собирают измельченный, отработанный материал, который, при выходе концов пилы из камня, вываливается из полотнища в виде тестообразной массы.

Также можно почитать вот эту статью.

Обтеска камней

Для приведения монолитов к требуемой форме, с придачей поверхностям камней желаемого вида, они подвергаются обработке специальными каменотесными инструментами.

Так как для отделения частиц камня требуется значительное усилие, то инструменты эти исключительно ударные, при чем ударяют по камню или самым орудием, или по обделочному орудию — молотком. Вместе с тем, если для отделения частицы камня требуется приложить возможно большее усилие, то применяется остроконечный инструмент, а при потребности в более слабых ударах — плоский.

Сильные, сконцентрированные в одной точке, удары требуются при обтеске твердых пород или желании отделить сразу большие куски. Слабым породам или более чистой, тонкой отделке соответствуют более слабые удары, осуществляемые, плоскими или более легкими орудиями (рис. 2).

К ручным инструментам для отделки камня относятся:

А и А1 — Долота (шпунты, спицы), — цилиндрические стальные или наваренные сталью стержни с пирамидальными четырехгранными концами. Иногда долота имеют граненные стержни и многогранное заострение.

В и B1 — Скарпели — долота с плоским заострением. Для обработки поверхностей камня бороздками применяется зубчатая скарпель О.

С — Киянка — молоток весом от 4 до 10 фунтов (~1,8-4,5 кг), которым ударяют по тупому концу долота, Для обработки слабых пород или для особо тщательной отделки, требующей легких ударов, применяются и деревянные киянки.

D, Е, F и G — Кирки — представляющие собой молотки на длинных рукоятках, ударами которых отделяются частицы камня. Кирки имеют разнообразный вид, разные заострения и носят разные названия.

Кирки вида D и F называют балдой, а иногда боковиком или кувалдой; они служат для первоначальной самой грубой обделки, околки камня и придачи ему самых примитивных форм. Вес балды — десять и более фунтов (4,5 кг), длина рукоятки не менее аршина (72 см) и до пяти четвертей (80 см).

Кирки типа Е носят название тесовиков, киуров или клевцов. При длине рукояток, соответствующей предшествующему типу, они легче его по весу (до 10 фунтов).

Работа тесовиками заменяет долото и киянку, но требует большого навыка и большей точности удара в намеченное место.

Тесовики (G) имеют плоские заострения. Это по виду собственно кирки, и в последнем случае они заменяют скарпели. При плоских заострениях, тесовики бывают весьма легкого веса и с короткими (в 6 вершков ~ 27 см) рукоятками; подобными кирками отделываются начисто (мелкая насечка, наковка) тротуарные плиты, цоколя, бока ступеней и т. п. изделия.

Насечка ковка камня производятся тоже бучардой N и L (киянка с насечкой, зубчатый киур), удары которой наносятся перпендикулярно обрабатываемой поверхности. Бучарды бывают разных размеров и насечек. В последнее время, за границей появились бучарды, состоящие из стальных заостренных полосок, связанных общей обоймой; подобное устройство облегчает отточку притуплённых заострений, тогда как отточка бучард применяемых у нас типов затруднительна.

К — Закольник — назначение этого инструмента видно из чертежа.

І — Угольник.

Перечисляя несложный набор каменотесных инструментов, приходится пояснить, что они не представляют собою общепринятых типов и названий, а приурочены к местностям в которых применяются, так что одни и те же орудия носят не только разные наименования, но одинаковые названия дают разным инструментам.

Обтеска камней указанными инструментами производится следующим образом. «Оболванив» балдой D глыбу камня, чтобы придать ей черновую форму, соответствующую заданию, каменотес отделывает одну из поверхностей настолько, чтобы по ней можно было в дальнейшем определить положение остальных граней камня; так, например, для получения куба, отесывают одну сторону его и, прикладывая к ней угольник І, определяют положение четырех боковых поверхностей, после чего при помощи того же угольника можно определить положение последней шестой поверхности.

Следовательно, первая поверхность должна быть отделана настолько, чтобы можно было приложить угольник, — это достигается или обтеской всей поверхности камня или же, при менее чистой отделке, протеской «ленточки» А (рис. 3).

Ленточка окружает первую отделываемую поверхность и, переведенная на смежные боковые поверхности, образует первые ребра камня. Прикладывая наугольник по ленточке и обтесывая по нему камень, можно получить ребра четырех боковых поверхностей, а в дальнейшем и ребра последней грани обделываемого монолита.

Указанная обделка производится или тесовиками или долотами, с последующей отделкой ленточки плоской киркой или скарпелью.

Когда ребра определены, тогда можно приступить к обтеске поверхностей. Эта обтеска поверхностей производится различно, в зависимости от прочности камня, требуемой тщательности отделки и, наконец, принятых местных приемов работы.

Если камень не особенно крепок, то долотами, кирками или закольниками отделяют выступающие над ленточками части камня (бугры); работа идет сравнительно успешно (особенно при закольниках). Но при таком приеме, можно отколоть и частицы, лежащие ниже плоскости лент, — сделать так называемую «плешинку», почему последующий прием точнее.

Этот прием, применяемый и при обработке прочных пород, состоит в предварительной протеске дорожек.

Каменотес протесывает долотом или тесовиком дорожку В до уровня ленточки А, после чего скалывает выступающие, поддающиеся отколу части С, в дальнейшем проделывает дорожку D,... и вновь скалывает острые углы между D и В, D и А (рис. 3).

Таким образом, вся поверхность бороздится дорожками, образующими выступы, поддающиеся отколу. В результате получается грубо-отесанная поверхность, примерно соответствующая плоскости ленточек А, отделываемая в случае надобности плоскими инструментами или бучардой. Эта отделка осуществляется путем частых вертикальных ударов, при которых выступающие частицы камня дробятся зубцами бучарды.

При отделке камня каменотес пользуется циркулем, угольником и правилами. Последние совершенно схожи с правилами каменьщиков.

Протесав (сделав) одну дорожку, каменотес все последующие дорожки углубляет в соответствии с первой, а именно: установив правила одинаковой высоты на дорожках, каменотес проглядывает по верхним граням и протесывает углубления до получения полного совпадения граней с правилом первой дорожки (рис. 4), после чего снимаются выступы между отдельными дорожками, по ранее указанному способу. Если требуется вытесать цилиндрическую или коническую форму, то, отделав основание цилиндра или конуса, последующие поверхности или грани приурочивают к основанию, причем глубину нужной обтески определяют при помощи дорожек (рис. 5).

После получения цилиндра в грубо отесанном виде, более чистая отделка поверхности может быть произведена при накладывании на нее шаблонов, внутренние грани которых представляют собою части круга данного основания, по которым снимаются выступы, выходящие за геометрическую поверхность фигуры.

Весьма желательно сделать из картона или железа точную развертку цилиндрической поверхности, наложение которой на вытесанный камень, укажет степень правильности произведенной работы.

Камни более сложного вида вытесываются при помощи шаблонов. Для этой цели из листового железа, картона или досок изготовляют отдельные поверхности камня, а иногда даже делают деревянные или гипсовые модели, которые служат образцами для каменотесов при работах.

Вообще обтеска камня производится:

1) «В рамку» или «в ленточку» — работа эта состоит в отделке поверхности камня лентой, как было описано ранее, с оставлением внутри рамки лишь грубо околотой части — «шубы» или «безобразья».

Ленточка делается около одного дюйма шириною, а выступ шубы соответствует требуемой тщательности работы, обыкновенно он выступает над поверхностью ленты на 1—21/2 дюйма (~2,5-1,25 см).

2) «Грубая теска» — состоит в придаче монолиту формы требуемого вида, но с отделкой поверхностей балдой («грубый прикол») или в лучшем случае острым долотом или тесовиком. Грубой теской могут быть отделаны только лицевые грани камней, — для постелей и заусенков она недопустима, так как потребовались бы швы чрезмерной толщины.

3) «Получистая теска» — это отделка камня плоскими инструментами. Камень получает вполне определенный вид, чистые ребра и сравнительно правильные грани. Возможна поверка граней по угольнику и производство кладки из камней с получистыми постелями. В общем, поверхность имеет зернисто-шероховатый вид и напоминает выпиленную грубой пилой доску.

4) «Чистая теска» — отделка камня широкими плоскими инструментами, при условии почти нормального направления ударов к отделываемой поверхности (ковка камня) или насечки мелкой бучардой. Все ребра чисто тесаного камня имеют точные правильные формы, а грани настолько чисты, что дают в кладке чрезмерно тонкие швы. Поверхности чистой тески напоминают остроганные доски.

К сожалению, ни теория, ни практика не выработали точных норм для отличия той или другой отделки. При таких условиях понятия о получистой и чистой теске относительны и зависят от субъективных требований и взглядов производителя работ и поставщика. Приводимый рисунок (рис. 6) несколько поясняет характер отделки камня, а именно, из пяти показанных слоев первый (не считая нижней подкладки) состоит из камней, обтесанных в рамку с грубым приколом шубы, второй — с шубой, обработанной долотом или киуром, третий — с шубой, отделанной получистой теской, и два верхних слоя обработаны чистой теской.

Иногда отделывают поверхности камня бороздками при помощи зубчатой скарпели О (рис. 2). Подобная отделка относится к получистой теске и, кроме уменьшения работы по обработке камня, имеет художественное значение, что придает частям сооружений более массивный вид, почему бороздчатая отделка весьма желательна для нижних ярусов зданий: цоколей, баз и т.п. частей.

Для последующей, еще более тщательной, отделки камней применяется шлифовка и полировка.

Шлифовка

Эта обработка состоит в удалении мелких бороздчатых выступов (насечки), оставшихся после чистой тески (при строгих требованиях отделки выступы эти могут быть смягчены плоскими долотами). При такой отделке камень натирается другим камнем, по возможности более твердым, нежели шлифуемый, и чаще всего совместно с порошкообразными веществами твердых пород, частицы которых имеют острые грани.

Для шлифовки особенно часто применяется прочный песчаник с присоединением кварцевого песка, кремнистого сланца, наждака, измельченной пемзы или специального порошка — карборунда.

При производстве работы песчаник закрепляется в деревянную рукоятку и приводится в возможно быстрое поступательное движение. Под песчаник подсыпаются вышеуказанные порошкообразные вещества, а шлифуемый камень обильно смачивается водою, для охлаждения и размягчения материала, а также для удаления сошлифованных частиц, которые могли бы забивать зерна шлифующего инструмента.

Шлифованием можно придать камню лишь известную чистоту отделки и получить ровную, гладкую, матовую поверхность; глянцевая поверхность приобретается после полировки.

Полировка

По характеру работы полировка мало отличается от шлифовки. Это — натирание камня деревянным, железным или чугунным инструментом (утюгом), под который насыпаются тончайшие порошки: трепел (порошок, состоящий из остатков панцырей так называемых диатомовых водорослей), наждак, мумиё, оловянная зола, свинец, мрамор, алебастр, костяная зола и т.д. По мере отделки, утюги обертываются войлоком, замшей или фланелью, а порошки отмучиваются до пылеобразного вида.

В результате, получается блестящая зеркальная поверхность у тех камней, которые по качеству породы принимают («выдерживают») полировку.

В отношении последнего указания необходимо пояснить, что далеко не все породы «выдерживают» шлифовку и еще менее — полировку.

От каменных пород, подлежащих этой обработке, требуется плотность их сложения и отсутствие пор, которые оставались бы матовыми пятнами на полированной поверхности; кроме того, вкрапленные в породу зерна должны быть настолько сцементированы, чтобы, истираясь до требуемого уровня, не отделялись от массы камня, с образованием впадин или углублений.

Информация о возможности шлифовки или полировки тех или иных камней приводятся при общем анализе каменных пород.

Немного видео-примеров работы с камнем:

Возможно, статья будет пополняться другими примерами.

---------------------------------------------------------

За основу был взят следующий источник.

Сам источник использовал книгу: О.М.Федорович "Каменные работы", 1915 г. (стр. 204 и далее). Рекомендую почитать тем, кому интересны азы или история технологий.

---------------------------------------------------------

Дополнительная литература:

1. http://www.sdelaemsami.ru/stro...

2. http://www.masterovoi.ru/shpun...

---------------------------------------------------------

P.S.: Большая просьба не приводить ссылки на фантазёров или сами фантазии, далёкие от реальности. Такие комментарии я буду просто удалять, а их авторов — банить. Учитесь думать своей головой, пожалуйста. Спасибо за понимание!

---------------------------------------------------------

Дополнение: я так и знал, что будут задаваться глупые вопросы про сталь.

Как получить древесный уголь: https://youtu.be/GzLvqCTvOQY

Как получить железо: https://youtu.be/F3rjjpuhCLI

Как получали железо (или сталь): https://youtu.be/Hh3p_PTMlZk

Как получали сталь: https://youtu.be/DwQJE0Z4XHk?t...

Сварка металлов: https://youtu.be/DwQJE0Z4XHk?t...

При желании, можете сами поискать (средневековые) реконструкции :).

---------------------------------------------------------

Бонус с намёком: