Общие сведения. • Природный камень как строительный материал известен с глубокой древности

• Природный камень как строительный материал известен с глубокой древности. Высокая механическая прочность и долговечность позволяли использовать его в качестве стенового материала в строительстве различных сооружений, а красивая окраска и богатая текстура обусловили его применение для архитектурного оформлении уникальных сооружений, храмов, дворцов. Украшением старорусских городов (Москвы, Киева, Суздаля, Владимира и др.) до сих пор являются белокаменные соборы, воздвигнутые древними мастерами.

Роль природного камня в современном строительстве претерпела значительные изменения. Из универсального материала, сочетающего конструкционные и декоративные свойства, камень стал преимущественно материалом отделочным. Важность высоких защитных свойств камня особенно возросла в последние годы, когда прогресс в области создания теплоизоляционных материалов позволил получить легкие и экономичные, не нуждающиеся в защите от атмосферного воздействия изделия.

Природные каменные материалы нашли широкое применение для облицовки и архитектурной отделки зданий и сооружений, а также в качестве стенового материала, для устройства дорожных покрытий и т. д. В сооружаемых объектах масса материалов и конструкций из минерального сырья составляет в среднем 70%, а иногда и 90%.

Природные каменные материалы получают в результате обработки плотных и рыхлых горных пород: раскалыванием, распиливанием, обтесыванием, шлифовкой, дроблением и т. д.

В соответствии со спецификой технологии производства каменных строительных материалов могут быть выделены три группы: 1) штучный стеновой камень — изделия правильной геометрической формы, получаемые непосредственно из горного массива с помощью специальных механизмов; 2) облицовочный (или декоративный) камень — изделия, пригодные для отделочных работ; 3) нерудные материалы — камень в виде кусков неправильной формы (щебень, гравий и др.) — полупродукт, идущий на производство бетона.

СССР располагает фактически неограниченными запасами нерудных ископаемых. Производство строительных материалов из природного камня организовано во всех экономических районах страны и в связи с ростом выпуска бетона и сборного железобетона развивается быстрыми темпами.

Технические свойства природных каменных материалов определяются свойствами тех горных пород, из которых они получены.

• Горной породой называют минеральную массу более или менее постоянного состава, слагающую земную кору.

В основу классификации горных пород положено их происхождение (генетическая классификация). Условия образования горных пород предопределяют их химико-минералогический состав, кристаллическое строение и структуру. В свою очередь, от этих показателей зависят основные физико-технические свойства горных пород, и они являются исходными при выборе и технико-экономической оценке природных каменных материалов. Согласно генетической классификации, горные породы делят на три большие группы: изверженные, осадочные и метаморфические (табл. 1.1).

• Изверженные горные породы образовались из расплавленной магмы, поднявшейся из глубины земли и отвердевшей при остывании. Различные условия охлаждения магмы привели к образованию изверженных пород с особыми строением и свойствами. В одних случаях магма не вышла на поверхность земли, а застыла под ее верхними слоями — так образовались глубинные породы. В других случаях магма излилась и отвердела на поверхности земли — так образовались излившиеся горные породы.

• Глубинные породы под давлением верхних слоев остывали медленно и сравнительно равномерно. Вследствие благоприятных условий для кристаллизации минералов глубинные породы массивны, плотны, состоят из тесно сросшихся, достаточно крупных кристаллов. Они обладают большой плотностью, высокими прочностью на сжатие и морозостойкостью, малым водопоглощением и большой теплопроводностью. Большая механическая прочность, стойкость против выветривания и морозостойкость обусловливают высокие строительные свойства глубинных горных пород и изготовленных из них строительных материалов и изделий. Их применяют для изготовления облицовочных плит, лестничных ступеней, полов, бортовых камней, щебня и др.

Гранит — глубинная горная порода, состоящая в основном из кварца, полевого шпата и слюды. Зерна минералов имеют настолько прочную спайность, что излом чаще происходит не по плоскости спайности, а по зернам минералов. Предел прочности при сжатии 100...300 МПа, а при растяжении 1/40...1/60 предела прочности при сжатии.

Излившиеся породы, образовавшиеся на поверхности земли при быстром охлаждении магмы без внешнего давления, как правило, состоят из отдельных хорошо сформированных кристаллов, вкрапленных в основную скрытокристаллическую массу. Состав и свойства излившихся пород такие же, как и у глубинных, но структура их мелкокристаллическая.

Наиболее распространенная порода этой группы — базальт. Он имеет темный цвет, скрытокристаллическую структуру с некоторым количеством вулканического стекла и состоит из полевого шпата и авгита. Высокая прочность (100...150 МПа) и твердость базальтов позволяют использовать их в качестве материалов для дорожных покрытий. Применяют базальт так же, как сырье для изготовления каменного литья и минеральной ваты.

Обломочные породы отличаются стеклообразным пористым строением, небольшими плотностью, прочностью и теплопроводностью. Продукты вулканических извержений сначала откладывались в виде отдельных обломков, образуя породы небольшой плотности — пемзу, вулканические пеплы, а затем из части таких пород за счет слеживания образовались вулканические туфы.

Пемза состоит из кремнезема SiO2 (до 70%) и глинозема Аl2О3 (до 15%). Залегает она в виде обломков размером 5...50мм. Плотность пемзы в куске 400...1400 кг/м3, пористость до 80%, предел прочности при сжатии 0,4...2,0 МПа. Используют пемзу как заполнитель для легких бетонов и как теплоизоляционный материал.

Вулканический туф имеет пористость 40...70%, предел прочности при сжатии 8...19 МПа и выше, теплопроводность 0,21... 0,33 Вт/(м•°С). Применяют туф в качестве песка или щебня для легких бетонов и растворов. Хорошие декоративные качества и высокая морозостойкость позволяют также широко использовать его как облицовочный материал для фасадов зданий.

• Осадочные горные породы по характеру образования и составу делят на: химические, органогенные и механические.

• Химические осадки представляют собой горные породы, образовавшиеся при осаждении минеральных веществ из водных растворов с последующим их уплотнением и цементацией, например гипс, ангидрит, известковые туфы.

• Органогенные отложения образовались в результате отложения на дне водоемов остатков водорослей и животных организмов. К ним относятся большинство известняков, мел, диатомиты.

• Механические отложения (обломочные породы) образовались в результате накопления рыхлых продуктов распада горных пород. Часть из них подвергалась в дальнейшем цементированию глинистым веществом, железистыми соединениями, карбонатами, образуя плотные осадочные породы—конгломераты, брекчии.

Осадочные горные породы разнообразны по составу, структуре и физико-механическим свойствам. В отличие от изверженных пород они менее однородны, залегают пластами, имеют слоистое строение, что отрицательно сказывается на строительно-технических свойствах получаемых из них каменных материалов. Для производства нерудных строительных материалов наиболее широко применяют известняки, доломиты, песчаники, а также рыхлые обломочные породы — гравий и песок.

Метаморфические горные породы образовались при глубоком преобразовании изверженных или осадочных горных пород влиянием высоких температур и давлений, а иногда и химических воздействий. Как правило, получаемые в результате метаморфизма породы более плотны, чем исходные осадочные. В большинстве случаев они имеют слоистую структуру, что снижает строительно-технические свойства получаемых каменных материалов. В строительстве из метаморфических пород применяют гнейсы, глинистые сланцы, мрамор.

Гнейсы отличаются ярко выраженным слоистым строением. Их используют преимущественно как облицовочные плиты, в виде бутового камня для кладки фундаментов и стен неотапливаемых зданий, для тротуаров.

Глинистые сланцы состоят из уплотненных глин. Они легко раскалываются на тонкие плитки, обладают высокой атмосферостойкостью и долговечностью, что позволяет использовать их даже в качестве кровельного материала.

Мрамор — кристаллическая порода, образовавшаяся из известняков или доломитов. Хотя прочность мрамора достигает 300 МПа, он сравнительно легко пилится на плиты и хорошо полируется. Применяют мрамор для облицовки внутренних частей зданий.

Свойства природных каменных материалов определяют области их применения. Только при правильной оценке качества и свойств материалов могут быть получены долговечные строительные конструкции высокой технико-экономической эффективности. Основными показателями качества природных каменных материалов вне зависимости от способа их получения и вида горной породы являются их прочность при сжатии и морозостойкость.

• Каменные материалы классифицируют: по средней плотности* - обыкновенные (тяжелые) с плотностью 1800 кг/м3 и более, легкие — менее 1800 кг/м3: по пределу прочности при сжатии — для обыкновенных М100...1000, а для мелких — М4...200; по морозостойкости—обыкновенные тяжелые Р15...500; легкие—10...25.Для каждого вида природных каменных материалов и изделий конкретные технические требования устанавливаются ГОСТами, СНиПами или ТУ в зависимости от их назначения и условий работы.

• По способу изготовления изделия и материалы из природного камня делят на пиленые из массива блоки-полуфабрикаты, крупные камни; пиленые из блоков-полуфабрикатов с последующей обработкой — облицовочные плиты, цельные ступени, подоконные доски и т. п.; колотые из блоков с последующей обработкой — плиты и камни тесаные, бортовой камень, брусчатка и т. п.; грубоколотые, с направленным раскалыванием блоков без последующей обработки — постелистый камень; рваные со взрыванием горной породы и отделением мелких фракций — бутовый камень; дробленые — щебень, песок; молотые —• минеральный порошок, каменная мука.

Изделия из природных каменных материалов, обладающих высокой атмосферостойкостью, прочностью и красивой окраской, широко применяют в строительстве в виде блоков, облицовочных плит и камней для наружных и внутренних стен зданий и сооружений, при строительстве дорог, тротуаров, набережных, стен и других сооружений, к материалам которых предъявляются повышенные требования по прочности, долговечности и декоративности (табл. 1.2). Однако наиболее массовыми видами продукции остаются грубообработанные каменные материалы, называемые также нерудными, в виде бутового камня, гравия, щебня, песка.

Таблица 1.2. Применение природных каменных материалов в строительстве.

• Стеновые камни и блоки из горных пород — довольно распространенный стеновой материал, особенно в районах добычи этих пород. Известняки, доломиты, песчаники и туфы, применяемые для изготовления стеновых камней, должны иметь плотность 900...2200 кг/м3, предел прочности при сжатии 0,4...50 МПа, морозостойкость не ниже F15. Стеновые камни выпускают размерами: 390x190x188 и 490x240X188 мм.

Крупные стеновые блоки изготовляют из горных пород плотностью до 2200 кг/м3 и с пределом прочности при сжатии 2,5 МПа и выше. Крупные стеновые блоки, предназначенные для механизированной укладки, имеют размеры от 300x800x900 до ЗОООХ X 1000X500 мм, а массу 0,5...1,5 т.

Развитие производства стеновых камней из природных легких пород — важный резерв покрытия дефицита и экономии искусственных стеновых материалов. Себестоимость 1м3 природного стенового камня намного ниже, чем керамического кирпича. В 1,5... 2 раза ниже и удельные капитальные вложения на его добычу. Однако эти показатели достигаются только непосредственно в районе добычи природного камня, с повышением радиуса перевозок эффективность его применения резко падает.

• Облицовочные и архитектурные изделия (плиты и камни, элементы лестниц и площадок, парапетов и ограждений) изготовляют из горных пород с пределом прочности при сжатии не менее 5 МПа, морозостойкостью не менее Р 15. Исходные породы не должны содержать глинистых примесей, а после обработки должны иметь красивый внешний вид и высокую атмосферостойкость. Размеры блоков зависят от вида горной породы. Блоки из туфа имеют объем 0,2...1,0 м5, из гранита — 0,5...3 м3.

Плиты для наружной облицовки частей зданий, устройства набережных настилов полов изготовляют из высокотвердых пород (гранита, базальта, кварцита и др.), а также из пород средней твердости (известняки, доломиты, песчаники). Для внутренней облицовки стен применяют плиты из мрамора и гипсового камня. Пиленые плиты имеют прямоугольную форму, длину 300...1000 мм, ширину 200..-400 и толщину 12...80 мм. Переход на камнеобработку алмазным инструментом позволяет снизить толщину плит до 10 мм. К профильным элементам облицовки стен относятся цокольные плиты и камни для обрамления порталов, пояски карнизов, угловые и подоконные плиты. Их изготовляют из тех же материалов, что и облицовочные плиты, и придают лицевой поверхности самую разнообразную фактуру. Элементы лестниц и площадок, парапеты и ограждения делают из мрамора, известняка, туфа, гранита и других горных пород также с дополнительной обработкой фактуры.

Высокая долговечность облицовок из природного камня обеспечивает незначительный уровень затрат на эксплуатацию — в 5...8 раз меньший, чем при отделке зданий цветными растворами и бетонами, а также силикатными и известковыми красками.

Каменные изделия для дорожного строительства (бортовые камни, брусчатка, колотый камень) получают из изверженных а осадочных горных пород. Используемые изверженные горные породы должны иметь предел прочности при сжатии для глубинных пород не менее 100 МПа, излившихся — не менее 60 МПа, коэффициент размягчения — не менее 0,9, водопоглощение — не более 1,0%, морозостойкость — не менее Р25, сопротивление удару — не менее 15 МПа-м и плотность 2300 кг/см3 и более, а для осадочных горных пород: коэффициент размягчения —не менее 0,75, водопоглощение — не более 4%, морозостойкость—не менее Р25, сопротивление удару— 15 кПа-м, плотность — не менее 2100 кг/м3. Бортовые камни, служащие для отделения проезжей части автомобильных дорог от тротуаров, представляют собой брусья (рис. 1.4, а) длиной 70...200 см с наклонной или вертикальной лицевой гранью в поперечном сечении. Верхняя часть бортового Камня, выступающая над дорожным покрытием, обтесана чисто, а нижняя часть — грубо. По размерам бортовой камень бывает низкий — 30 см и высокий —40 см с шириной по верху 10, 15 и 20 см.

Брусчатка — колотые или тесаные бруски высотой 10...16 мм, шириной 12...15 и длиной 150...250 мм, близкие по форме к параллелепипеду, с лицевой поверхностью в виде прямоугольника. Предел прочности при сжатии исходной породы должен составлять не ниже 100 МПа, а водопоглощение – не более 0,6 %. Применяют брусчатку при устройстве мостовых, трамвайного полотна и пр.

• Каменные плиты для подземных сооружений и мостов изготовляют из изверженных и осадочных горных пород. Для облицовки туннелей и надводных частей мостов используют гранит, диорит, габбро, диабаз, базальт с пределом прочности при сжатии не ниже 100 МПа и морозостойкостью не менее F 100. При изготовлении облицовочных плит из плотного известняка или песчаника их прочность должна быть не ниже 60 МПа. Для облицовки подводных частей мостов применяют изделия из гранита, базальта и диабаза с пределом прочности при сжатии не менее 100 МПа и морозостойкостью не менее F 100. Размеры и формы плит установлены проектом.

• Бутовый камень имеет неправильную форму с размерами в поперечнике не менее 150 мм и не более 500 мм. В зависимости от вида горной породы марка бутового камня 25…1000 и выше, морозостойкость не ниже F 15. Применяют бутовый камень для фундаментов и стен нежилых и производственных зданий.

• Щебень – материал, получаемый в результате дробления горных пород на куски размером 5..70 мм. По дробимости при сжатии (раздавливании в цилиндре) различают семь марок щебня: 1200, 1000, 800, 600, 400, 300 и 200. Его применяют как заполнитель для бетонов, устройства дорожных покрытий и т.д.

• Гравий – природная смесь зерен размером 5…70 мм, образовавшихся в результате естественного разрушения горных пород. В отличие от щебня зерна гравия имеют окатанную форму и гладкую поверхность. По происхождению различают горный (овражный), речной и морской гравий. Применяют гравий там же, где и щебень.

• Песок – рыхлая смесь зерен крупностью 0,14…5 мм и плотностью более 1200 кг/м3. При отсутствии природного песка надлежащего качества применяют искусственный песок, получаемый дроблением твердых горных пород. В зависимости от условий образования и способа получения зерна песка могут иметь округлую или остроугольную форму. По минералогическому составу различают кварцевые. Полевошпатовые и карбонатные пески, Применяют их для приготовления растворов и бетонов, устройства оснований дорожных покрытий, дренажных сооружений.

Поиск по сайту: