Строительные материалы и изделия из природного камня

Лекция №3

 

Строительные материалы и изделия из природного камня

 

1. Виды материалов и изделий из природного камня. Технические требования.
2. Добыча и обработка каменных материалов.
3. Способы повышения долговечности каменных материалов в сооружениях.

 

1. Виды материалов и изделий из природного камня. Технические требования.

 

Каменные материалы разделяют по плотности: на тяжелые - плотностью более 1800 кг/м³; по пределу прочности при сжатии (МПа) - на марки: для тяжелых - от 10 до 100, для легких - от 0,4 до 20; по морозостойкости - на марки: F15...500 (тяжелые) и F10...25 (легкие); по водостойкости - на группы с коэффициентом размягчения не ниже 0,6; 0,75; 0,9 и 1.

В зависимости от степени обработки различают грубообработанные и профилированные каменные материалы.

Грубообработанные:

1. Бутовый камень (бут) - куски камня размером 150...500 мм по наибольшему измерению. Рваный бут (неправильной формы) добывается преимущественно взрывным способом, а плитняковый (постелистый) получают из пород пластового залегания раскалыванием камнекольным инструментом. Из бута возводят подпорные стенки, фундаменты и стены неотапливаемых зданий. Вследствие неправильной формы камней бутовая кладка трудоемка и требует повышенного расхода раствора. В связи с этим значительную часть добываемого бута перерабатывают в щебень или используют в бутобетонах.
2. Щебень - куски камня размером 5...70 мм (для гидротехнического строительства до 150 мм). Получают его дроблением из прочных и морозостойких горных пород. Встречается и природный щебень, называемый дресвой.
3. Гравий - окатанные крупные обломки горных пород (размером от 5 до 150 мм), получаемые из рыхлых залеганий рассевом на ситах соответствующего размера.
4. Песок - зерна размером менее 5 мм, получаемые из рыхлых залеганий просеиванием или путем дробления горных пород.
5. Песчано-гравийная смесь >5 мм не <10%, <5 мм не < 30...40%.

Профилированные:

1. Облицовочные плиты и камни, изготовляемые при распиловке или раскалывании блоков горных пород с последующей их механической обработкой для придания правильной формы, размеров и получения определенной фактуры лицевой поверхности. Высокая долговечность облицовок из природного камня в 5...8 раз сокращает трудовые затраты на эксплуатацию по сравнению со зданиями, отделанными цветными растворами или покрашенными красками.

- стеновые камни и блоки изготовляют из пористых известняков, вулканических туфов и других горных пород плотностью 900...2100 кг/м³ и пределом прочности при сжатии 2,5...40 МПа. Размеры камней и блоков должны быть кратны установленному модулю 100 мм.

- плиты для наружной облицовки зданий и сооружений. Применяют граниты, сиениты, доломиты.

- плиты для внутренней облицовки. Применяют мрамор, ракушечник, туфы и другие мягкие, хорошо распиливающиеся породы.

2. Дорожные материалы:

- бортовые камни изготовляют обколкой и обтеской пород, они значительно дороже, но и долговечнее бетонных, эти камни разрешается применять только при соответствующем технико-экономическом обосновании;

- брусчатка изготовляется раскалыванием главным образом из диабаза и гранита и применяют при устройстве мостовых, трамвайного полотна и т.п.

3. Жаростойкие и химически стойкие материалы применяют в виде камней и фасонных пли, щебня и песка для бетонов и растворов, а также тонкомолотых порошков для мастик, замазок, шпаклевок и т.п.:

- для жаростойких материалов применяют диабаз, базальт, туф;

- для кислотостойких - кварцит, андезит, гранит, сиенит, базальт;

- для щелочестойких - известняки, доломиты, магнезиты, мрамор.

 

2. Добыча и обработка каменных материалов

 

Технология каменных материалов включает добычу горной породы и ее обработку.

Рыхлые горные породы (песок, гравий, глина) добывают открытым способом. Обработка включает: промывку, обогащение, дробление на щебень или песок, грохочение или просеивание - классификацию по фракциям, обезвоживание, складирование и хранение.

Пористые породы, используемые для штучных стеновых камней и блоков, разрабатывают обычно специальными камнерезными машинами, основными режущими элементами которых являются дисковые пилы, имеющие на ободе резцы, армированные твердыми сплавами или алмазами.

Плотные горные породы, используемые для получения рваного бута, щебня или других строительных материалов, обычно разрабатывают взрывным способом. Для получения плитных изделий от массива отделяют крупный монолит буроклиновым, буровзрывным или термическим (>2500⁰С/с) способом. Добытые блоки перевозят на камнеобрабатывающий завод, где производится их распиловка на плиты или фасонные детали. После распиловки поверхность плит обрабатывают до получения требуемой фактуры ударным или абразивным способами.

Ударный способ дает следующие виды фактуры:

1. Скала - произвольный разлом, крупные бугры, впадины.
2. Рифленая - правильное чередование выступов и впадин глубиной до 2 мм.
3. Бороздчатая - равномерная шероховатая фактура с прерывистыми бороздами 0,5...1 мм.
4. Точечная - 0,5...2 мм.

Абразивные способы:

- пиленная (до 2 мм);

- шлифованная до 0,5 мм;

- лощенная;

- зеркальная (достигается при полировке).

 

3. Способы повышения долговечности каменных материалов в сооружениях.

 

Непременным условием длительной службы каменных материалов в сооружениях является правильный их выбор с учетом эксплуатационной среды, химико-минералогического состава и структуры материала. Однако, даже самые прочные материалы могут разрушаться под воздействием различных агрессивных факторов:

- замерзание воды в порах и трещинах камня:

- изменение температуры и влажности;

- растворяющее и размягчающее действие воды;

- воздействие кислорода, углекислого и сернистого газов;

- воздействие микроорганизмов.

К способам повышения долговечности относятся конструктивные меры и химические мероприятия.

Конструктивные:

- организация надлежащих стоков воды;

- придание каменным материалам гладкой поверхности шлифовкой и полировкой;

- придание каменным материалам такой формы, при которой воды, попадающая на них не задерживается и не проникает внутрь материала.

К химическим мероприятиям относят:

- гидрофобизацию поверхности камня путем пропитки ГКЖ, растворами парафина или стеарина;

- создание на лицевой поверхности плотного водонепроницаемого слоя флюатированием - обработкой карбонатных пород кремнефтористым магнием   2CaCO₃ + MgSiF₆ = 2CaF₂ + MgF₂ + SiO₂ + 2CO₃

в результате чего в поверхностных порах камня накапливаются нерастворимые в воде флюаты, уменьшается пористость, водопоглощение камня

или аванфлюатированием - обработка водным раствором CaCl₂, с последующей сушкой.