Byggnadssten är ett av de mest hållbara materialen för konstruktion, beklädnad, beläggning och andra tillämpningar. Med anor från Moai, stenstatyerna på Påskön, ökar nu byggnadsstenens popularitet på nytt, och med rätt utrustning är det billigare än någonsin att bryta den.
Under de senaste 20 åren har den globala produktionen av byggnadssten vuxit snabbt, särskilt för byggprojekt där arkitekter använder sig av den stora variationen av färger, texturer och ytstrukturer som natursten kan erbjuda. Samtidigt som stenanvändningen ökar har vår förmåga att skära och bearbeta hårt berg på ett mer effektivt sätt lett till att många fler olika typer av och färger på sten levereras till marknaden.
Förutom att det används för byggen behövs byggnadssten också för monumentala murverk, som för skulpturer, monument och gravstenar. Idag står sju länder – Kina, Indien, Turkiet, Iran, Italien, Brasilien och Spanien – för cirka två tredjedelar av världens produktion av byggnadssten. Den generella trenden är att man alltid använder sten när det är ekonomiskt möjligt, vilket i praktiken visar på en återgång till traditionella metoder.
Som en följd av denna ökande efterfrågan finns det definitivt möjlighet att utveckla och utvidga byggnadsstensindustrin över hela världen. Utsikterna ser visserligen gynnsamma ut, men utvecklingen av byggnadsstensindustrin beror ofta på lokala faktorer som placering, kvalitet och lämplighet för stenfyndigheter och tillgången till finansiering för utveckling eller utbyggnad av stenbrott av lämplig storlek samt logistiska frågor som tillhandahållande av lämplig transportinfrastruktur för att länka samman stenproducenter med kunder.
Byggnadssten är det namn som används för natursten som har brutits och formats till vissa dimensioner eller enligt vissa specifikationer för användning i byggnader och konstruktioner samt i tillverkning av skulpturer, monument och minnesplatser. Med begreppet menas i princip alla stenar som kan brytas i stora block och därefter bearbetas till block, plattor eller trottoarsten. I praktiken finns en viss gråzon mellan klassisk byggnadssten, som till stor del används för prydnadssyften, och stora naturliga konstruktionsmaterial, där de fysiska egenskaperna hos sten används för att tillverka regelbundet formad byggnadssten.
Ur ett historiskt perspektiv är produktion av byggnadssten något som förekommer långt tillbaka i tiden, då man tydligt kan se att exempelvis mesolitiska och neolitiska monument i Europa, Mellanöstern och på andra platser är byggda med hjälp av formade stenar. Klassisk arkitektur av grekisk och romersk typ visar prov på mycket skicklig användning av byggnadssten. Exempelvis upptäckte romarna världens enda kända källa till lila porfyrsten och använde sig av den för att smycka dekorativa pelare till sitt Jupitertempel. Det innebar att de var tvungna att bryta stenen i pelarstora stycken i bergskedjan Read Sea Hills i östra Egypten för att sedan transportera dem över land och hav till Rom. Delar av Cheopspyramiden anskaffades också från mycket avlägsna platser innan de höggs och formades till exakta dimensioner, medan andra exempel på högkvalitativa murverk återfinns i alla världsdelar.
De vanligaste kommersiella stenarna idag är marmor, granit, skiffer och sandsten, som alla återfinns i en mängd olika visuella och fysiska egenskaper. Är dock inte på något sätt en fullständig lista. Stentyper som kalksten, basalt, gabbro, travertin och kalktuff är också vanligt förekommande inom användningsområden där deras egenskaper är lämpliga. Kalktuff har vulkaniskt ursprung och är i grund och botten en mycket mjuk sten, men är lätt att arbeta med. Den används till exempel i allt från bygg- och beklädnadsmaterial på många byggnader i Armenien till de jättelika moaistatyerna på Påskön. De viktigaste egenskaperna hos byggnadssten, och det som avgör hur populära de är och vad de ska användas för är färgen, mönstren och strukturen, hållbarheten och hur Olika marknader kräver olika kvalitetsegenskaper.
Byggnadssten bryts genom att man skär loss eller på annat sätt separerar stora stenbock från den naturliga bergmassan. Storleken på det enskilda block som produceras beror på ett antal faktorer, bland annat stenens homogenitet, stenbrottsoperatörens förmåga att hantera den grova stenen och den nödvändiga slutanvändningen för stenen när den väl har formats. En typisk blockstorlek kan vara i ordningen 6 m3 (200 ft3), vilket skulle motsvara en blockvikt på 10–18 ton, beroende på densiteten. Hur arbetet på ett enskilt stenbrott ser ut kan variera väldigt mycket.
Sättet på vilket olika stenbrott drivs kan variera stort. Allt ifrån bergmassans egenskaper (hur homogent berget är och om det finns olika svaghetslinjer så som sprickbildning eller laminering), täktens storlek och vilken efterfrågan det finns på marknaden för de produkter som man kan utvinna ur den spelar roll för hur stenbrottet ska utformas och vad det har för kapacitet. Vid storskalig drift är det första steget i produktionen att få loss enskilda block som kan innehålla tusentals kubikmeter material från stenbrottsbänkar som är minst 10 meter höga.
Omvänt kan ett småskaligt stenbrott ha en mycket begränsad produktion, producera råblock som väger 5–10 ton och ha en lägre bänkhöjd som lämpar sig för den produktionsteknik som är tillgänglig. Det övergripande konceptet är dock detsamma: att producera råblock som sedan kan bearbetas till en produkt med högre värde. Ur den här synvinkeln råblocket en värdefull tillgång i sig och måste hanteras varsamt – små, oregelbundna fragmenterade block är mindre säljbara än stora. Därför hanteras de mer värdefulla blocken mycket varsamt.
Vissa operatörer använder till exempel en ”kudde” av jord eller sand för att stödja råstenblock som nyligen lossats medan de hanteras i stenbrottet. När det rör sig om hårdare material som granit eller andra intrusiva bergarter delas blocken vanligtvis av från brytningsfronten genom att man borrar en rad hål som sitter exakt i linje nära varandra, och sedan sätter i kilar och mellanlägg (kallas ibland pluggar och fjädrar) i dem. Genom att kilarna drivs in i hålen en i taget spricker berget längs håleraden, vilket gör att stenblocket sedan kan bändas loss. Mjukare bergarter som marmor kan skäras loss med diamantimpregnerade vajersågar, medan block av mjuk (men inte kristallin) kalksten ofta skärs ut med mekaniska sågar. Stora mängder material som till exempel skiffer kan lossas genom försiktig användning av sprängämnen med låg energi, som till exempel svartkrut, som placeras i förborrade hål längs en stenbrottsbänk.
Målet här är förstås att lossa den råa stenen tillräckligt utan att fragmentera den, vilket skulle göra den oanvändbar för tillverkning av takplattor eller monument. Små mängder sprängmedel kan också användas för att frigöra block av hårdare material från bänkgolvet. Stenblocken flyttas från stenbrottet till bearbetningsanläggningen med hjälp av stora frontlastare och flakbilar. Grovblocken kan sedan förvaras i stenbrottet som lagervaror eller transporteras direkt för att bearbetas vid en tillverkningsanläggning. Sådana anläggningar är ofta integrerade med stenbrottsverksamheten eller belägna i närheten för att minska transportkostnaderna.
Råblocken genomgår en rad bearbetningssteg, beroende på vilken slutprodukt som önskas. Vanligtvis används våtkapning i exakt dimensionerade block eller tunna skivor med diamantimpregnerade trådar eller cirkelsågar, följt av polering eller – vid behov – bryning.
Tjockleken på de enskilda plattorna beror återigen på slutanvändningen – för arkitektonisk beklädnad eller kommersiell beläggning krävs en tjockare sektion än för till exempel material som är avsett att användas för bostadsgolv eller väggkakel. Enskilda stenbrott är ofta ganska små verksamheter som uppfyller den lokala efterfrågan. Dessutom har byggnadsstensföretag ibland flera stenbrott för olika stentyper eller färger där verksamheten är intermittent och beror på efterfrågan på en viss sten. Oanvändbara stenskärvor krossas och säljs som ballaststen för byggen.
Flexibilitet och borrningsprecision är nyckelfaktorer vid val av lämplig utrustning för produktion av råmaterial för byggnadssten. Behovet av flexibilitet är ett resultat av de typiska rutinerna vid brytning av byggnadssten, där enskilda block väljs ut baserat på sin lämplighet för den avsedda slutanvändningen och sannolikheten för att blocket förblir intakt när det lossas från brytningsfronten. På grund av detta måste borrutrustningen vara mycket rörlig och manövrerbar, samtidigt som den erbjuder den borrningsexakthet som krävs när det gäller hålens rakhet, inriktning och parallellitet för att skapa exakta brytlinjer för produktion av högkvalitativa block.
Vid borrning inom byggnadsstensindustri är håldiametern vanligtvis mindre än 45 mm, eftersom syftet med hålen är att skapa en svaghetslinje i bergmassan inför delning, snarare än att hålla kvar sprängämnen, som vid konventionell stenbrytning. Hålen måste dock också vara placerade nära varandra så att sprickutbredningen mellan dem förstärks när kilningsprocessen inleds. Dessutom måste man minimera hålavvikelsen så att brottet blir så rent som möjligt. Detta begränsar i sin tur det håldjup som kan uppnås med borrning i ett enda moment vid små diametrar, eftersom användning av förlängningsborrstål mer sannolikt resulterar i en ökad avvikelse med djup såvida inte strikta kontrollsystem finns på plats.
Beroende på den avsedda slutanvändningen för råblocket är det fullt möjligt att använda konventionella borriggar, som Epirocs hydrauliska FlexiROC T15 R, som har en enda bom och erbjuder hög manövrerbarhet både för själva maskinen och för positionering av bommen. Tillämpningen är förstås något begränsad, eftersom man bara kan borra ett hål i taget, och bommen och matarlutningen måste återställas exakt för varje hål i sekvensen. Nästa steg för att försöka lösa den här typen av problem är att gå vidare till de specialkonstruerade borrsystem för byggnadsstensindustrin som ingår i Epirocs sortiment, så som SpeedROC 1F. Även detta system är utrustat med en enkelbom, och är dessutom helt fristående. Det skiljer sig från den mer universella FlexiROC T15 R genom att dess bom är försedd med en styrram som möjliggör förflyttning i sidled av topphammarborrmatningen.
Tack vare detta kan maskinen borra 3,5 m långa hålserier utifrån en uppställning på bänken, vilket minskar stilleståndstiden och säkerställer borrexakthet för håldjup ned till 2,4 m i ett och samma moment, eller 9 m om man använder förlängningsstänger. Möjligheten att borra längre under ett och samma skift innebär förstås högre produktivitet, med SpeedROC 1F som kan borra upp till 400 meter per dag.
För att man ska uppnå ännu högre produktivitet krävs fortfarande användning av mer än en borrmatning på en och samma rigg, som på till exempel Epirocs SpeedROC 2F och SpeedROC 3F. Dessa maskiner är större SpeedROC 1F och transporterar två respektive tre separata hydrauliska bergborrmaskiner på sin 4 m breda styrram, vilket ger möjlighet att borra upp till 1 00 meter per dag. Upp till 4 m djupa hål kan borras i ett enda moment, medan det maximala håldjupsområdet även i det här fallet är 9 m. Förlängningsbommen möjliggör borrning av parallella hålrader längs en bänk utifrån en enda uppställning, eftersom riggen har en maximal yträckvidd på nästan 260 m2 utan att den behöver förflyttas. Vilket håldjup som krävs i en viss tillämpning beror på storleken på det block som brutits loss, och det finns omständigheter där borrning och spräckning helt enkelt inte går att genomföra, antingen på grund av att blocket är för stort eller på grund av att berget inte är tillräckligt stadigt för att kunna motstå de krafter som uppstår vid delning. I ett sådant fall, och förutsatt att berget inte är för hårt eller nötande, kan sågning med diamantimpregnerad tråd vara en lösning.
SpeedROC 1F, SpeedROC 2F, SpeedROC 2FA och SpeedROC 3F kan också användas för sekundärt arbete på block som har brutits loss från en bänk, antingen genom att man borrar rader med hål tvärs över blocket eller genom att skära igenom det på nytt. I varje enskilt fall är målet att maximera avkastningen från ett block samtidigt som man minimerar mängden avfall, vilket ofta är möjligt med hål med små diametrar och tunna trådar.
