![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Глава4, природные каменные материалы
4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ, СВОЙСТВА И ДОБЫЧА КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ Природные каменные материалы получают механической обработкой, т. е. дроблением, раскалыванием, распиливанием горных пород. Таким образом получают облицовочные плиты, камни и блоки для кладки стен, щебень. Все эти виды строительных материалов называются нерудными. Некоторые горные породы (песок, глину, гравий) используют без обработки. Природные каменные материалы являются наиболее доступными. Они применяются в строительстве с древнейших времен благодаря высокой прочности и долговечности. До наших дней сохранились монументальные сооружения из природного камня: египетские пирамиды, греческие и римские храмы, арены, акведуки, соборы Древней Руси. -27- С появлением искусственных каменных материалов (бетона, керамики) и индустриальных методов возведения зданий и сооружений применение природного камня в строительстве значительно изменилось. В настоящее время природный камень в основном используют в качестве заполнителя в бетонах, как сырье для получения керамики, вяжущих веществ, стекла, а также для облицовки зданий и инженерных сооружений, как местный строительный материал для кладки стен. Природные каменные материалы классифицируют по плотности на тяжелые — плотностью более 1800 кг/м3 и легкие — плотностью менее 1800 кг/м8. Технические требования к природным каменным материалам и изделиям устанавливаются соответствующими ГОСТами и ТУ в зависимости от назначения материала и условий работы сооружения или конструкции. Добычу природных каменных материалов осуществляют в основном открытым способом. Разработку горных пород в карьерах ведут различными способами: экскаваторами, гидромеханизацией, камнерезными машинами, взрывным способом и т. д. Сущность гидромеханизации заключается в том, что вода подводится к месту добычи грунта под давлением, создаваемым насосами, проходит через гидромонитор и, вылетая с большой скоростью из его насадки, производит размыв породы. Затем из смеси грунта с водой (пульпы) отделяют песок и гравий, после этого его классифицируют по крупности зерен на две и более фракций. Щебень получают дроблением горных пород, добываемых взрывным или другим способом. Дробление, сортировку и обогащение щебня осуществляют на дробильно-сортировочных установках, располагаемых вблизи карьеров. В зависимости от способа изготовления изделия и материалы из природного камня делят на следующие виды: пиленые, получаемые из массива камнерезными или камнекольными машинами (блоки-полуфабрикаты, крупные камни); пиленые — из блоков-полуфабрикатов с последующей обработкой (облицовочные плиты, цельные ступени, подоконные доски и т. п.); колотые — раскалыванием блоков с последующей обработкой (плиты и камни тесаные, бортовой камень, брусчатка и т. п.); —28— грубоколотые — направленным раскалыванием блоков без последующей обработки (постелистый камень); рваные — взрыванием горной породы и отделением мелких фракций (бутовый камень); дробленые — дроблением горной породы с последующим разделением на фракции (щебень, песок искусственный); молотые — помолом горной породы (молотый минеральный порошок, каменная мука). Все природные каменные материалы являются, в свою очередь, горными породами, состоящими из различных минералов. 4.2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И МИНЕРАЛЫ Горные породы представляют собой значительные по объему скопления камня в земной коре. Они могут состоять из одного минерала, например мрамор — из кальцита, или из нескольких, например гранит — из полевого шпата, кварца и слюды. В первом случае горные породы называются простыми (мономинеральными), а во втором — сложными (полиминеральными). Процентное содержание минералов в горной породе определяет ее состав. Форма, размеры и взаимное расположение минералов в горной породе обусловливают ее структуру. Минералогический состав и структура, в свою очередь, определяют свойства горной породы. Минерал — природное химическое вещество, однородное по составу, строению и свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов на поверхности или в глубинах земной коры. Минералы в основном твердые или аморфные вещества. Основными породообразующими минералами являются: кварцит, кальцит, полевые шпаты, слюда. В зависимости от условий образования горные породы деляется на магматические (изверженные), осадочные и метаморфические (видоизмененные). Магматические (изверженные) породы образовались в результате застывания и кристаллизации магмы. Если магма застывала в глубине земной коры и охлаждение шло медленно и под большим давлением, то образовьь вались крупнокристаллические плотные горные породы, называемые глубинными. К таким породам относятся граниты, сиениты, диодорит, габбро, лабрадориты. Они -29— отличаются высокой прочностью, плотностью (более 2500 кг/м3), износостойкостью и морозостойкостью. Если магма выливалась на поверхность земли, образовывались излившиеся магматические породы. Из-за быстрого остывания магмы такие породы закристаллизо-вывались лишь частично или застывали в стеклообразном состоянии. К плотным излившимся породам относятся базальты, порфиры, диабазы. При вулканических извержениях, в случае если магма была насыщена газами, образуются сильно пористые легкие породы — пемза и вулканический туф, плотность которых 800—1600 кг/м3. Осадочные породы образовались в результате разрушения горных пород (механические отложения) и биологической (органогенные породы) переработки природного минерального сырья. Под действием природных факторов (текущая вода, попеременное замораживание-оттаивание, нагрев и охлаждение, ветер и др.) массивные горные породы разрушаются, образуя рыхлые механические отложения: гравий, песок, глину. Так, при разрушении гранита сначала образуются сравнительно крупные камни, а затем при дальнейшем разрушении — песок и глина. Возможна природная цементация песка и гравия; в этом случае образуются песчаники и брекчии. Цементирующим веществом в них могут быть: углекислый кальций (карбонатные песчаники), оксиды железа (железистые песчаники) или гидроксид кремния (кремнистые песчаники), проникающие в песок вместе с подпочвенными водами. Органогенные осадочные породы образуются в результате отложения отмерших организмов (ракушек, рачков и т. п.). К этим породам относятся широко распространенные в природе известняки, известняки-ракушечники, мел, состоящие в основном из карбоната кальция. Из известняков путем дробления получают щебень для бетона. Все виды известняков используют для получения основных вяжущих веществ (цемента и извести). В результате химических процессов — растворения минеральных веществ и последующего выпадания твердых веществ из растворов — образовались химические осадочные горные породы. Из таких осадочных пород в строительстве'используют природный гипс, доломит, магнезит. —30— Метаморфические породы образуются в толще земное коры в результате видоизменения магматических иле осадочных пород под действием давления, температурь: и водных минеральных растворов. Примером метаморфической породы может служить плотный, хорошо закристаллизованный карбонат кальция — мрамор. Он образовался из известняков в результате их перекристаллизации, сопровождавшейся пропитыванием солевыми растворами. Последнее обусловливает характерную окраску мрамора. К метаморфическим породам относятся также кварциты (уплотненные и перекристаллизованные песчаники), гнейсы (слоистая разновидность гранита), глинистые сланцы (уплотненная, слоистая, не размокающая в воде глиносодержащая порода). 4.3. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПРИРОДНОГО КАМНЯ В зависимости от степени обработки различают гру-бообработанные каменные материалы, штучные изделия и профилированные детали. К грубообработанным относятся: песок, гравий, щебень, бутовый камень. Песок — минеральные зерна размером 0, 14—5 мм, получаемые при просеивании мелких рыхлых пород; иногда песок получают дроблением с последующим рассевом отходов обработки камня. Гравий — окатанные зерна размером 5—150 мм, получаемые из рыхлых пород просеиванием на соответствующих ситах. Щебень — куски камня неправильной формы размером 5—150 мм, получаемые дроблением горных пород; встречается также природный щебень (дресва). Бутовый камень (бут) — крупные куски камня неправильной формы, получаемые взрывным методом (рваный бут) из осадочных (известняков, доломитов) или изверженных горных пород, или плиты неправильной формы (постелистый бут), получаемые выламыванием из слоистых пород. Размер бутовых камней для укладки вручную 150—500 мм массой от 10 до 30 кг, для механизированной укладки (например, в плотинах) масса камней может достигать нескольких тонн. Бутовый камень — экономичный строительный материал, применяемый для кладки фундаментов, стен вспомогательных помещений (склады и т. п.), массивных частей гидротехнических сооруже- -31-
ний. Однако из-за трудоемкости кладки большую часть добываемого камня перерабатывают на щебень для бетона. Штучные изделия. Стеновые камни и блоки получают из пористых известняков, вулканических туфов и других горных пород плотностью 900—2200 кг/м3. Основные размеры камней для кладки степ: 390X190x188 я 390Х X 190X288 мм. Каждый стеновой камень заменяет 8—12 кирпичей. Значительно эффективнее использование крупных стеновых блоков размером до 3000X1000X500 мм, массой до 1, 5 т. Правильную геометрическую форму и требуемые размеры камней и блоков получают, выпиливая их из массива с помощью камнерезных машин. Пиленые стеновые камни и блоки — эффективный местный строительный материал. Для наружной облицовки используют плотные атмос-феростойкие горные породы, в основном глубинные изверженные (граниты, сиениты, габбро), а также плотные известняки, доломиты, мрамор и вулканический туф. При выборе вида камня для наружной облицовки основными критериями служат его декоративность и долговечность. При этом необходимо учитывать условия работы облицовываемого элемента. Так, для облицовки цоколя здания требуется камень высокой атмосферо- и морозостойкости, а для облицовки стен — меньшей. Для внутренней облицовки зданий применяют плиты из пород средней твердости: мрамора, пористых известняков (травертина, ракушечника), вулканических туфов. Травертин и туф благодаря большой пористости обладают хорошими акустическими свойствами, их используют для облицовки стен театров, концертных залов и т. п. Полы покрывают полированными (реже шлифованными) плитами толщиной не менее 20 мм из твердых и износостойких пород (гранит, сиенит, кварцит) и только в случае небольшой интенсивности людских потоков в помещении —из мрамора. Те же требования предъявляются и к камню для облицовки лестниц. В зависимости от способа получения облицовочные плиты могут быть колотые и тесаные, получаемые обработкой ударными инструментами, и пиленые, изготовляемые распиливанием каменных блоков. Колотыми и тесаными плитами толщиной не менее 100 мм облицовывают уникальные здания, памятники и гидротехнические -32- сооружения (набережные и т. п.). Такие плиты трудоемки в изготовлении. Пиленые плиты для наружной облицовки выпускают толщиной 20—40 мм, шириной 400—1000 мм, длина может быть произвольной, но обычно 1000—1200 мм. Пиленые плиты для внутренней облицовки изготовляют толщиной 10—12 мм, шириной 400 мм, длиной 800 мм. В зависимости от способа обработки поверхность облицовочных плит имеет различную фактуру: ударной обработкой получают грубые фактуры (фактуру «скалы» с крупными буграми и впадинами, рифленую и др.); абразивной — более гладкие (лощеную, шлифованную, полированную). Из природного камня изготовляют также материалы для дорожного (бортовые камни, брусчатка и др.) и гидротехнического строительства. Вопросы для самопроверки 1. Что называется горной породой? 2. Приведите классификацию горных пород по условиям их образования. 3. Назовите важнейшие магматические, осадочные и метаморфические горные породы. 4. На какие виды делятся материалы из природного камня в зависимости от способа изготовления? 5. Перечислите природные каменные материалы, применяющиеся для наружной и внутренней облицовки. 6. Назовите назначение бутового камня. 7. Какие штучные изделия из природного камня Вы знаете? 8. Глава
5. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ 5.1. СВОЙСТВА И СЫРЬЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Керамическими называют искусственные каменные материалы, получаемые из глин или их смесей с минеральными и органическими добавками путем формования и последующего обжига. После обжига керамические материалы приобретают значительную прочность, водостойкость, морозостойкость и другие ценные свойства. Керамика — один из древнейших искусственных матери- -33— алоз. Впервые глиняный кирпич и черепицу начали применять более 5000 лет назад, и сейчас кирпич — один из главных строительных материалов. Долговечность, декоративность в сочетании с доступностью сырья и относительной простотой изготовления обусловили широкое распространение керамики. Современная промышленность строительных материалов выпускает разнообразный ассортимент керамических материалов: стеновые (керамические кирпич и камни), для наружной и внутренней облицовки (керамические плитки, ковровая керамика), кровельные (черепица), санитарно-технические изделия (раковины, трубы), специальные (огнеупорные и кислотоупорные). Кроме того, обжигом глиняного сырья получают самый распространенный пористый заполнитель для легких бетонов— керамзит. Все керамические материалы и изделия по структуре черепка подразделяют на пористые, водопоглощение по массе у которых более 5 % (обычно 10—20 %), и плотные с водопоглощением менее 5 %. Основным сырьем для получения керамических материалов является глина — осадочная горная порода. В состав глины входят минералы — рыхлая смесь мельчайших частиц (менее 0, 005 мм) водных алюмосиликатов различного состава, способных хорошо абсорбировать (поглощать и удерживать) влагу на своей поверхности. Кроме глинистых минералов в ее составе содержится песок. Минералы придают глине характерные свойства: при увлажнении глина набухает и делается пластичной; при сушке мокрой глины объем ее уменьшается (происходит усадка) и глина превращается в довольно прочный кам-невидный материал. Переход глины из пластичного состояния в камневидное обратимый: при повторном увлажнении глина вновь размокает. Чем больше глинистых минералов, тем она больше вбирает в себя воды, т. е. больше набухает, но труднее сохнет и дает большую усадку. Такие глины называются жирными. Глины, содержащие много песчаных частиц, характеризуются небольшой усадкой и набуханием, легко сушатся, но пластичность у них пониженная. Такие глины называются тощими. Для получения керамических изделий нужна смесь, которая хорошо формуется и достаточно быстро сохнет, —34— Такую смесь с оптимальным соотношением глинистых и песчаных частиц получают, добавляя в жирную глину отощающие добавки: песок, опилки и др. Способность глины при обжиге переходить в камневидное состояние, в котором она совершенно не размокает в воде, объясняется следующим. При обжиге протекают химические и физико-химические процессы (удаление химически связанной воды, разложение безводной глины на оксиды и образование новых водостойких и тугоплавких соединений), приводящие к изменению структуры глины. Частицы обезвоженной и видоизмененной глины спекаются, не переходя при этом полностью в расплавленное состояние. Спекание происходит за счет плавления легкоплавких примесей, этот расплав склеивает, цементирует всю массу. Различные глины требуют определенных температур обжига и соответственно изделия из них имеют различную огнеупорность. По этому признаку глины делят на легкоплавкие, тугоплавкие и огнеупорные. Легкоплавкие глины, содержащие большое количество примесей, плавятся при температуре ниже 1350°С. Из таких глин изготовляют кирпич, стеновые камни и черепицу. Тугоплавкие глины, содержащие незначительное количество примесей, плавятся при температуре 1350— 1580 °С. Применяют их для изготовления облицовочных керамических изделий, лицевого кирпича, канализационных труб. Огнеупорные глины, почти не содержащие примесей, плавятся при температуре выше 1580°С. Их применяют для производства огнеупорных материалов. Технология производства керамических материалов включает в себя добычу и подготовку сырьевых материалов, формование изделий, их сушку и обжиг. Сушка и обжиг— наиболее ответственные операции в технологии керамики. Нарушение режима сушки и обжига приводит к растрескиванию и короблению изделий. 5.2. СТЕКОВЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ К стеновым материалам относят кирпич керамический, кирпич керамический пустотелый,.керамические пустотелые камни, а также кирпичные блоки и панели. Кирпич керамический изготовляют из глины путем -35- 5.1 5.2 5.3 —36-
Рис. 6.1. Кирпич керамический пластического (а) и полусухого (б) формования / — постель; 2 — ложок; 3 — тычок Рис. 5.2. Кирпич керамический пустотелый с 19 (а), 32 (б) и 18 (в) вертикальными пустотами и с 4 горизонтальными пустотами (г) Рис. 5.3. Керамические камни с 7 (а) и 18 (б) вертикальными пустотами и с 11 (в) горизонтальными формования с последующим обжигом. Выпускают кирпич размерами 250X120X65 мм; 250x120X88 мм (утолщенный) и реже 288x138X65 мм (модульный). Поскольку млсса одного кирпича не должна превышать 4 кг, утолщенный и модульный кирпич обычно делают с пустотами. Существуют два способа производства кирпича — пластический и полусухой (рис. 5.1). Приняты следующие названия граней кирпича: большая постель — /, боковая — ложок 2 и торцовая — тычок 3.
Плотность керамического кирпича 1600—1900 кг/м3, водопоглощение не менее 8 %. Прочность кирпича характеризуется пределом прочности при сжатии и изгибе и обозначается восемью марками: 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300. По морозостойкости кирпич подразделяют на четыре марки, Мрз: 15, 25, 35 и 50. Кирпич должен быть нормально обожжен, так как не-дообожженный (алый кирпич) обладает недостаточной прочностью, малой водостойкостью и морозостойкостью, а пережженный кирпич (железняк) отличается повышенными плотностью, теплопроводностью и, как правило, имеет искаженную форму.
Кирпич керамический применяют для кладки наружных и внутренних стен, изготовления стеновых блоков и панелей, кладки печей и дымовых труб (при этом температура не должна превышать 1000 °С). Кирпич полусухого прессования не допускается использовать для кладки фундаментов и цоколей ниже гидроизоляционного слоя. Кирпич керамический пустотелый и пористо-пустотелый. У керамического кирпича есть два существенных недостатка: относительно высокая плотность (более 1600 кг/м3) и небольшие размеры. Высокая плотность предопределяет и большую теплопроводность кирпича и, как следствие, большую толщину стен (в средней полосе СССР до 65 см). Плотность и теплопроводноть кирпича снижают путем увеличения его пористости, наири- —37— мер введением в глину выгорающих добавок — опилок. Для уменьшения массы выпускают кирпич пустотелый и пористо-пустотелый со сквозными круглыми или щеле-видными пустотами, рис. 5.2. Пустотелый кирпич применяют наравне с обыкновенным, за исключением кладки фундаментов, подземных частей зданий, печей и дымовых каналов. Керамические пустотелые камни получают пластическим прессованием из легкоплавкой глиняной массы. В зависимости от размеров камни могут быть рядовые (размером 250Х 120 X 138 мм), заменяющие два кирпича, модульные (250x138X138 мм) и укрупненные (250Х Х250Х138 мм). Камни изготовляют с вертикальными, рис. 5.3, а, б, и реже горизонтальными пустотами, рис. 5.3, в. Пустотность камней может составлять от 25 до 37%. Кирпичные блоки и панели представляют собой крупноразмерные элементы (массой более 0, 5 т) кирпичных стен, изготовленные в заводских условиях. Технология производства блоков и панелей заключается в следующем. Кирпич, арматуру, теплоизоляционный материал и цементный раствор в определенной последовательности укладывают в кондуктор (форму) и уплотняют вибрированием. Чтобы ускорить твердение раствора, блоки и панели подвергают тепловлажностной обработке в течение 8—12 ч. Чтобы обеспечить прочность панелей при транспортировании и монтаже, их усиливают стальной арматурой: в горизонтальных швах укладывают проволочную сетку, а по периметру панели и в оконных проемах — каркас. Монтажные петли заделывают на всю высоту панелей. Применение кирпичных блоков и панелей позволяет кроме снижения трудозатрат и ускорения строительства сократить в 2—3 раза расход кирпича и облегчить массу стен. Это достигается за счет использования в конструкциях блоков и панелей эффективных теплоизоляционных материалов (пеностекла, фибролита и др.) и механизированного заводского изготовления самих блоков и панелей. 5.3. ОБЛИЦОВОЧНЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ Благодаря долговечности, архитектурно-эстетическим качествам и относительно невысокой стоимости керами- -38- ческие облицовочные изделия получили большое распространение в современном строительстве. Облицовочные керамические материалы подразделяют на керамику для наружной и внутренней облицовки, которые отличаются друг от друга строением и свойствами. ■ Керамические изделия, применяемые для наружной облицовки, повергаются атмосферным воздействиям, поэтому наряду с декоративностью они должны обладать малым водопоглощением и высокой морозостойкостью ^(не менее Мрз 25). К таким изделиям относятся лицевой кирпич и камни, керамические фасадные плиты, плитки и ковровая керамика. Лицевые кирпичи и камни от керамического кирпича и камня отличаются высоким качеством отделки двух смежных сторон — ложка и тычка. Они бывают гладкими, офактуренными, покрытыми глазурью или ангобом (слоем цветной обожженной глины). Марки лицевых кирпичей и камней — от 75 до 300; водопоглощение — не менее б и не более 14 %. Применяют их для облицовки фасадов зданий и стен лестничных клеток, вестибюлей и т. д. Являясь непосредственной чатыо ограждающей конструкции, они одновременно вы-полняют функции и конструкционного, и отделочного ма териала. Керамические фасадные плиты для облицовки фаса-^, дов зданий выпускают двух типов: закладные и прислон-ные, прямоугольные и квадратные марки 75—150; водопоглощение — не более 8%. Закладные плиты Г-образ-ной формы одновременно заделывают в кирпичную кладку стены одним концом, Прислонные плиты крепят к стене на цементном растворе после осадки возведенного здания. При способе кладки с прокладными рядами их можно устанавливать во время кладки стены. Облицовка керамическими плитами — дополнительная трудоемкая операция при возведении стен. В настоящее время кирпичные здания в основном отделывают лицевым кирпичом. Малогабаритные фасадные плитки выпускают с гладкой или офактуренной цветной лицевой поверхностью '(матовой или глазурованной). Для лучшего сцепления с раствором тыльная сторона рифленая. Длина плитки 120—240 мм, ширина 60—140 мм, толщина 6—17 мм. Ковровая керамика — малогабаритные цветные квадратные, реже прямоугольные плитки, наклеенные на бу- — 39 — мажную основу. Размер квадратных плиток от 20x20 до 46X46 мм, толщина 2 — 4 мм. Плитки наклеивают на бумагу тыльной стороной вверх с соблюдением заданной олщины швов. Листы ковровой керамики выпускают размером 800x800 мм. Используя плитки размером 20X20x2 мм, можно выпускать не только ковры, но и рулоны. Ковровой керамикой этделывают поверхности стен, колонн и т. п. Ковры укладывают на свежий цементный раствор. После затвердения раствора бумагу с лицевой поверхности плиток удаляют. На заводах сборного железобетона ковровой керамикой отделывают панели и блоки, укладывая ее в форму одновременно с бетоном; это особенно эффективно, так как процесс отделки панелей и блоков совмещается с их изготовлением. Керамические изделия для внутренней облицовки могут применяться для облицовки стен и покрытия полов. Плитки для облицовки внутренних стен выпускают различной формы и размеров: квадратные размером 150X150 мм (реже 200x200 и 100x100 мм), прямоугольные 150X100, 150x75 мм и др., фасонные детали (угловые плитки, карнизы и плинтусы). В отличие от фасадных черепок плиток для внутренней облицовки пористый (водопоглощение до 16%); лицевая поверхность гладкая, покрыта белой или цветными глазурями; тыльная—■ рифленая. Плитки крепят к стене на цементном растворе или клеящих мастиках. Для внутренней облицовки стен применяются плитки в помещениях санитарных узлов, кухонь, бань, бассейнов, прачечных, торговых, пищевых и химических предприятий, станций метрополитена и т. д. Плитки для полов выпускаются различных типов и размеров. Полы из керамических плиток практически водонепроницаемы, характеризуются малой истираемостью, не дают пыли, легко моются, долговечны, обладают стойкостью к действию кислот и щелочей. Они широко применяются в гражданском и промышленном строительстве для устройства полов в помещениях с влажным режимом эксплуатации и повышенной интенсивностью движения. Недостатками таких полов являются хрупкость и большая теплопроводность, а также высокая трудоемкость их устройства. —40—
|