Свойства и основные виды природных каменных материалов, требования к ним

Природными каменными материалами называют строительные материалы и изделия, получаемые из горных пород за счет применения лишь механической обработки (дробления, раскалывания, пиления, шлифования и пр.).

Горные породы представляют собой скопление минеральных масс, состоящих из одного или нескольких минералов.

По происхождению горные породы делятся на магматические (изверженные), осадочные и метаморфические (видоизмененные).

Магматические (изверженные породы) образовались в результате застывания и кристаллизации магмы - расплавленной массы преимущественно силикатного состава, образующейся в глубинах земной коры.

Осадочные породы образовались в результате разрушения горных пород (механические отложения) и биологической (органогенные породы) или химической (химические осадки) переработки природного минерального сырья.

Органогенные 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 CaCO₃.

В результате химических процессов - растворения минеральных веществ и последующего выпадения твердых веществ из растворов - образовались химические осадочные горные породы..

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались из изверженных и осадочных пород под воздействием высоких температур и давлений, газов и горячих растворов. В условиях метаморфизма происходит перекристаллизация минералов без их плавления, меняется структура породы часто без изменения ее химического состава.

Все каменные материалы, используемые в строительстве, можно разделить на две основные группы - материалы, применяемые в первоначальном виде, и материалы, пригодные для строительных целей лишь после соответствующей обработки. В некоторых случаях один и тот же материал можно применять в первоначальном виде, а также после одной или нескольких стадий обработки. Так, песок можно использовать непосредственно из карьера или после предварительной промывки, природный гравий - в первоначальном виде или после измельчения и сортировки для получения зерен определенных фракций.

Основные каменные материалы, применяемые без обработки:

Гравий - рыхлое скопление различно обкатанных обломков горных пород. Размер отдельных зерен 5...70 мм..

Песок - рыхлая горная порода, состоящая из зерен минералов и пород размером 0.14...5 мм. В зависимости от минералогического состава различают пески кварцевые, полевошпатные и карбонатные.

Щебень представляет собой смесь угловатых обломков камня различной конфигурации размером 5...150 мм.

Облицовочные плиты. Для наружной отделки используют плотные атмосферные горные породы, в основном глубинные изверженные (граниты, сиениты, габбро), а также плотные известняки, доломиты, мрамор и вулканический туф.

 

 

3. Керамические материалы и изделия: сырье для получения и область применения

 

Керамическими называют изделия и материалы, получаемые из глиняных масс или из их смесей с минеральными добавками путем формования, сушки и обжига при температуре 900...1300 С. В результате обжига глиняная масса превращается в искусственный камень, обладающий высокой прочностью и плотностью, водостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью и долговечностью.

Основным сырьем для производства керамических материалов и изделий являются различные глины, а также шамот, кварцевый песок, шлак и органические добавки (древесные опилки, угольная и торфяная пыль), выгорающие при обжиге.

Среди большой группы стеновых керамических материалов и изделий в настоящее время наиболее распространены керамический кирпич и керамические камни, а также стеновые кирпичные панели.

Керамический кирпич - искусственный камень в форме прямоугольного параллелепипеда, является самым древним искусственным строительным материалом.

По назначению трубы делят на канализационные и дренажные.

Керамические канализационные трубы обладают более высокой стойкостью к агрессивным средам, чем металлические (чугунные) и железобетонные, что обеспечивает им широкое применение для строительства канализационных сетей, особенно предназначенных для отвода промышленных сточных вод, содержащих большое количество агрессивных веществ.

Для повышения водонепроницаемости и химической стойкости, а также уменьшения сопротивления протеканию жидкостей канализационные трубы покрываются снаружи и изнутри глазурью.

Керамические дренажные трубы применяют при устройстве закрытого дренажа - системы водоотводящих сетей из переувлажненных и заболоченных земель - применяют керамические дренажные трубы.

Дренажные трубы имеют следующие технические характеристики: внутренний диаметр 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200 и 250 мм, длина труб первых пяти диаметров 333 и остальных диаметров 333...500 мм.

Для соединения безраструбных труб применяют керамические и пластмассовые муфты, а также стеклохолст. Вода поступает через стыки труб.

Для облицовки фасадов зданий применяют кирпич и камни лицевые, плиты керамические фасадные, фасадные малогабаритные плитки и ковровую керамику.

Керамические изделия для внутренней облицовки. - плитки для облицовки стен и плитки для полов.

Глиняная черепица представляет собой кровельный материал, получаемый из легкоплавких глин.

Санитарно-технические изделия - раковины, умывальники, унитазы, смывные бачки и т.д.

 

 

4. Стекло и стеклянные изделия: свойства, основные виды и и область применения

 

Стекло - твердый хрупкий материал, получаемый при охлаждении силикатных расплавов. Основной компонент стекла - диоксид кремния (70...75%), кроме того, в состав стекла входят оксиды натрия, кальция, магния. Сырьем для его производства служат кварцевые пески, сода, мел и другие широко распространенные материалы.

Стекло обладает комплексом разнообразных, не присущих другим материалам свойств: светопропусканием, химической стойкостью, хрупкостью, высокой прочностью при сжатии и относительно низкой при растяжении. Поверхностные дефекты (царапины, трещины) снижают его прочность. Плотность стекла довольно высока, но благодаря аморфному строению оно плохо проводит теплоту. Стекло хороший звукоизолятор. Хотя стекло негорючий материал, стеклянные конструкции не выдерживают резких перепадов температур и при пожаре разрушаются.

Стекло характеризуется высокой технологичностью.

В строительстве стекло применяют главным образом для остекления световых проемов (листовое стекло оконное, витринное, закаленное, армированное и т.д.), кроме того, как отделочный материал (цветные листы, крупные и мелкие плитки), а из стеклянного волокна получают стеклопластики и стекловолокнистые теплоизоляционные материалы. Штучные стеклянные изделия (стеклянные пустотелые блоки и стеклопрофилит) используют для устройства светопрозрачных ограждающих конструкций (перегородок, стен).

Листовое оконное стекло - наиболее распространенный вид плоского стекла. Листовое стекло имеет несколько разновидностей.

Узорчатое стекло получают способом непрерывного проката, причем одна сторона стекла гладкая, а другая тисненая, узорчатая.

Армированное стекло получают методом непрерывного проката с одновременным закатыванием внутрь листа металлической сетки. Армированное стекло может иметь гладкую или узорчатую поверхность, быть бесцветным или цветным.

Стеклянные блоки изготавливаются квадратными, прямоугольными из бесцветного или окрашенного стекла.

Стеклопакеты - это изделия из двух или трех слоев листового стекла, между которыми имеются герметичные воздушные прослойки. Оконные блоки из пакетного стекла обладают лучшими эксплуатационными показателями, чем из обычного стекла в двойном переплете. Их применение в строительстве приводит к экономии лесоматериалов и повышает индустриальность остекления зданий.

 

 

5. Строительный гипс: свойства и область применения

 

Гипс - это минеральные вяжущие воздушного твердения, состоящие из полуводного гипса CaSO4 0,5H2O CaSO4 CaSO4 H2O или ангидрита CaSO4, и образуются путем тепловой обработки и помола сырья, содержащего двуводный или безводный сульфат кальция. Гипс – воздушное вяжущее вещество.

В штукатурных работах применяют гипсовые вяжущие всех марок, среднего и тонкого помола, нормального и медленного твердения. Добавка гипсовых вяжущих ускоряет схватывание известково-песчаных растворов и повышает прочность штукатурного слоя, придает его поверхности гладкость и белизну. Гипсовые вяжущие применяют для изготовления гипсовых деталей и гипсобетонных изделий панелей для перегородок, листов сухой штукатурки, для приготовления растворов для внутренней штукатурки и получения гипсоцементно-пуццолановых вяжущих.

Перевозят гипсовые вяжущие в мешках или без упаковки, навалом. При этом их предохраняют от увлажнения и загрязнения. Даже при хранении в сухих условиях гипсовые вяжущие быстро теряют активность, обладая высокой гигроскопичностью. Высокая гигроскопичность и низкая водостойкость гипсовых вяжущих приводят к потере прочности изделий во влажных условиях. Гипсовые вяжущие стимулируют коррозию черных металлов - арматуры, сетки, проволоки, гвоздей - особенно во влажных условиях.

В отличие от других гипсовые вяжущие можно применять без заполнителей и наполнителей, не боясь появления трещин, так как они не дают усадки и, напротив, при твердении увеличиваются в объеме.

При необходимости заполнителями могут служить древесные опилки, стружка, костра, а также легкие пористые материалы - шлаки, керамзит, шлаковая пемза и др.

 

 

6. Воздушная известь: свойства и область применения

Воздушная известь - одно из древнейших вяжущих, широко применяемых в строительстве и промышленности. Известь - продукт умеренного обжига кальциевых и кальциево-магниевых карбонатных пород до возможно полного удаления углекислого газа. В результате обжига образуется продукт в виде кусков белого цвета, называемый негашеной комовой известью (кипелкой). В зависимости от характера последующей обработки различают следующие виды воздушной извести: негашеная молотая, гашеная гидратная (пушонка), известковое тесто, известковое молоко.

Известь легко соединяется с водой, в результате происходит реакция гидратации. Реакция начинается при обычной температуре, но вскоре сопровождается выделением большого количества теплоты. При этом известь сильно разогревается, а вода может даже закипеть (поэтому негашеную известь часто называют кипелкой). Часто гашение совмещается с мокрым помолом непогасившихся частиц, что не только увеличивает выход извести, но и улучшает ее качества.

Известь воздушная - едкая щелочь, работать с ней нужно осторожно.

Реакция соединения извести с водой во время гашения протекает очень энергично, бурно. Пар разрывает куски извести.

В зависимости от количества воды, взятой для гашения, получают гидратную известь (ее иногда называют пушонкой) - воды берут 50...70% от массы извести, т.е. в количестве, необходимом для процесса гашения; известковое тесто - воды берут в три - четыре раза больше, чем извести; известковое молоко - воды берут в восемь - десять раз больше, чем требуется теоретически.

На строительство поставляют воздушную известь в виде негашеной комовой (кипелки), негашеной порошкообразной (молотой кипелки) и гашеной (гидратной) порошкообразной (пушонки).

Хранят известь в силосах или бункерах; перевозят в цементовозах, контейнерах, бумажных мешках или навалом.

Применяют гидратную известь для производства известковошлаковых и других вяжущих веществ, получения известковых красок и в качестве разбавителя в цветных растворах, приготовления кладочных и штукатурных растворов, предназначенных для надземной части зданий.

 

 

7. Портландцемент: свойства, марка цемента

 

Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением обожженной до спекания при температуре 1450...1500 С сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины, обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция.

К основным свойствам портландцемента относятся средняя плотность, истинная плотность, тонкость помола, водопотребность, сроки схватывания, тепловыделение, равномерность изменения объема и прочность.

Средняя плотность портландцемента в рыхлом состоянии равна 1000...1100 кг/м3, а в уплотненном - 1400...1700 кг/м³ Истинная плотность портландцемента составляет 3050...3150 кг/м³.

Тонкость помола цемента характеризуется остатком на сите N008. С увеличением тонкости помола цемента до 4000...4500 см²/г возрастает скорость твердения и повышается прочность цементного камня.

Водопотребность портландцемента определяется количеством воды в (%), которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты, т.е. заданной стандартной пластичности.

Сроки схватывания цементного теста нормальной густоты определяют на приборе Вика по глубине проникания иглы. Начало схватывания должно наступить не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания – не позднее 10 ч от начала затворения. У портландцемента обычно начало сзватывания наступает через 1...2 ч, а конец - через 4...6 ч. На сроки схватывания портландцемента влияют его минералогический состав, тонкость помола и другие факторы.

Прочность портландцемента характеризуют м а р к о й, которую устанавливают по пределу прочности при сжатии и изгибе образцов-балочек размером 40 х 40 х 160 мм, испытанных в возрасте 28 сут. твердения.

Предел прочности при сжатии в возрасте 28 сут называют активностью цемента, по величине которой устанавливают марку цемента.

Портландцемент широко используется в строительстве при приготовлении строительных растворов, возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций и сооружений, производстве сборных бетонных и железобетонных конструкций.

 

 

8. Обычный (тяжелый) бетон: свойства и область применения

Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения правильно подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси вяжущего вещества, воды, заполнителей и в необходимых случаях специальных добавок. Смесь из указанных выше компонентов до начала ее затвердевания называют бетонной смесью.

Наибольшее применение среди минеральных вяжущих веществ имеют цементы различных видов. Цемент и вода являются активными составляющими бетонной смеси. Цементное тесто, образующееся при затворении цемента водой, обволакивает зерна заполнителей (песка, щебня или гравия). Заполняет промежутки между зернами заполнителя и играет роль своеобразной смазки, придающей бетонной смеси необходимую подвижность. Затем цементное тесто затвердевая, переходит в камневидное состояние и надежно связывает зерна заполнителя.

Применяемые в бетоне песок и крупный заполнитель не только сокращают расход вяжущего материала, но и уменьшают деформации, усадку, ползучесть и экзотермию. Хотя заполнители не активные химические компоненты бетона, они играют большую роль в формировании его свойств, структуры, трещиностойкости и др. Бетонный камень обладает достаточной прочностью, водостойкостью, плотностью, морозостойкостью, огнестойкостью и долговечностью.

Классифицируют бетоны по следующим основным признакам: по назначению, средней плотности, виду вяжущего, виду заполнителей, а также по структуре и условиям твердения.

В зависимости от средней плотности различают особо тяжелые, тяжелые, легкие и особо легкие бетоны.

По виду вяжущего бетоны классифицируются на:

бетоны на цементных вяжущих

бетоны на известковых вяжущих

бетоны на гипсовых вяжущих

бетоны на шлаковых вяжущих

бетоны на специальных вяжущих (органических или неорганических)

По виду заполнителей различают бетоны на плотных, пористых и специальных заполнителях.

По крупности зерен заполнителей различают бетоны мелкозернистые и крупнозернистые.

Бетонную смесь получают после тщательного перемешивания вяжущего вещества, мелкого и крупного заполнителей, воды и необходимых добавок. До затвердения смесь находится в пластичном состоянии, что позволяет формовать из нее изделия любой конфигурации.

В производстве бетонных и железобетонных работ основными технологическими процессами являются приготовление, транспортирование, укладка и уплотнение бетонной смеси с последующим уходом за бетоном и контролем его прочности. От правильного выполнения перечисленных выше процессов во многом зависит качество бетонных и железобетонных изделий.

Уложенная в опалубку бетонная смесь благодаря гидратации цемента самопроизвольно затвердевает. Заданная проектом прочность достигается при определенном уходе за твердеющим бетоном, т. е. при создании оптимального температурно-влажностного режима твердения и защите бетона от ударов и сотрясений, которые могут нарушать еще не сложившуюся структуру.

Для того, чтобы уложенный и уплотненный бетон получил требуемую прочность в назначенный срок, за ним необходим правильный уход. Особенно важен уход за бетоном в первые дни после укладки, иначе можно настолько снизить качество бетона, что его нельзя будет исправить даже при последующем тщательном уходе. Различают первичный, вторичный и последующий уход. Уход может быть влажностным и безвлажностным.

 

 

9. Строительные растворы: состав, свойства и область применения

 

Строительным раствором называют искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания правильно подобранной смеси, состоящей из вяжущего, воды, мелкого заполнителя и добавок. До затвердевания ее называют растворной смесью.

Раствор применяют в виде тонких слоев - штукатурки, швов каменной кладки, а также небольших изделий. В отличие от бетона в растворе нет крупных заполнителей (щебня или гравия). Растворы предназначены для штукатурных, кладочных и специальных (антикоррозионных, изоляционных) работ.

По составу растворы делят на простые и сложные (смешанные).

Растворы, приготовленные на одном вяжущем, заполнителе и воде, называют простыми.

В ряде случаев (например, при отдаленном расположении завода) оправдывает себя применение для штукатурных и облицовочных работ сухих смесей, состоящих из вяжущего и высушенного заполнителя. Сухие смеси готовят централизованно, их снабжают паспортом с указанием состава, марки и времени приготовления.

Чем хороши сухие растворные смеси? Они обеспечивают высокое качество, стабильность марки и состава раствора по сравнению с приготовлением его на объекте, что очень важно для декоративных штукатурок; исключается перевозка воды; можно создать запас смеси на объекте и приготовлять раствор в необходимом количестве; устраняются потери смеси при перевозке к месту работ, исключаются все неудобства, связанные с приготовлением, перевозкой и хранением товарных (мокрых) растворов зимой. К недостаткам сухих смесей относятся повышенная стоимость, связанная с затратами на сушку заполнителя, и короткий срок ее хранения.

Основными свойствами растворной смеси являются удобоукладываемость, пластичность (подвижность) и водоудерживающая способность, а затвердевших растворов плотность, прочность и долговечность.

Прочность строительного раствора характеризуют маркой, которую определяют по пределу прочности при сжатии стандартных образцов-кубов. Раствор должен твердеть в определенных (оптимальных) условиях. Так, цементные растворы хорошо твердеют во влажных условиях, рост их прочности протекает постепенно, в первое время - интенсивно, затем нарастание прочности со временем снижается, но долго продолжается.

Кладочные растворы. При возведении стен применяют цементные, смешанные (цементно-известковые и цементно-глиняные) и известковые растворы. Цементные растворы используют в основном при возведении фундаментов и других конструкций, расположенных ниже уровня грунтовых вод. Смешанные растворы применяют для надземных конструкций при любой относительной влажности помещений, а также фундаментов в маловлажных или насыщенных водой грунтах; известковые растворы – для надземной кладки зданий.

В строительстве наиболее часто применяется монолитная штукатурка, получаемая из штукатурных растворов.

Монтажные растворы. При монтаже стен горизонтальные швы между панелями из тяжелого бетона заполняют раствором. Для монтажа несущих железобетонных конструкций марка цементного раствора должна быть не ниже марки бетона этой конструкции.

 

 

10. Железобетон: свойства и материалы для его приготовления.

 

Железобетон - это не два разнородных материала: бетон и сталь, а материал, в котором сталь и бетон работают совместно, помогая друг другу.

Арматура - это стальные стержни, проволока, канаты или прокатные профили, закладываемые в бетон для получения железобетонных конструкций необходимой прочности, жесткости, трещиностойкости. По воему назначению в бетоне арматура подразделяется на рабочую и монтажную. Рабочая арматура воспринимает нагрузки, монтажная - необходима для обеспечения правильного расположения рабочей арматуры. Для улучшения свойств арматуры ее иногда подвергают упрочнению. Упрочнение может достигаться вытяжкой, протяжкой обжатием, посредством нагревания и охлаждения (термически упрочненная арматура)

Основным требованием к арматуре является сопротивление арматуры действующим нагрузкам, а именно сопротивление арматуры растяжению и сжатию.

Арматурные изделия (сварные каркасы и сетки). Для изготовления конструкций используются арматурные изделия в виде сварных каркасов и сеток. Эти изделия изготовляются обычно заводским способом при помощи контактной точечной электросварки.

Сварные каркасы изготовляют плоскими, они состоят из продольных поперечных стержней, причем продольные стержни могут располагаться одной или двух сторон в один ряд или два ряда по высоте. С целью удобства транспортировки и установки плоские каркасы обычно соединяют в пространственный каркас путем приваривания дополнительных поперечных стержней.

Закладные детали предназначены для соединения железобетонных элементов между собой. Изготовляют их из стали в виде пластин с приваренными к ним анкерами из стержневой стали периодического профиля. Пластины располагаются на поверхности железобетонного элемента, а анкеры - в его теле. В некоторых случаях для более прочной связи анкеры соединяют с арматурой изделия.

 

 

11. Изделия автоклавного твердения на основе извести и кремнезема: их виды, свойства и область применения

Сущность превращения известково-песчаной смеси из легкоразмока-ющего и мало прочного материала в прочный и водостойкий камень заключается в следующем. При естественных условиях песок в известково-песчаных смесях инертен и не способен химически взаимодействовать с известью. Поэтому приобретение прочности известково-песчаных растворов в естественных условиях достигается только за счет твердения извести. Однако в среде насыщенного пара (100%-ной влажности) при температуре 170 С и выше кремнезем песка приобретает химическую активность и начинает взаимодействовать с известью образуя гидросиликат кальция - прочное и водостойкое вещество. Свойства бетонов из известково-песчаных смесей близки к свойствам цементных бетонов, но для изготовления требуется меньше вяжущего, можно шире использовать местные материалы, стоимость изделий из этих бетонов ниже.

Из известково-песчаных смесей выпускают крупноразмерные изделия для сборного строительства - штучные изделия - силикатный кирпич и камни для стен, силикатные бетоны, а также блоки и панели для стен и перекрытий.

Силикатный кирпич - искусственный безобжиговый стеновой материал, изготовляемый из смеси кварцевого песка и гашеной извести прессованием с последующим затвердеванием в автоклаве под действием пара высокого давления и температуры.

Цвет кирпича - от молочно-белого до светло-серого, выпускают также кирпич цветной, окрашенный в массе или по лицевым поверхностям щелочестойкими пигментами в голубой, зеленоватый, желтый и другие светлые цвета.

Силикатные изделия имеют относительно низкую теплопроводность, что позволяет уменьшить толщину ограждающих конструкций по сравнению с толщиной стен, выполненных из обыкновенного кирпича.

Силикатный кирпич применяют наравне с керамическим для кладки стен надземных частей зданий. Вследствие недостаточной водостойкости его нельзя использовать для фундаментов и цоколей зданий ниже гидроизоляционного слоя. Не допускается применять его также для зданий с мокрым режимом эксплуатации (бани, прачечные) без специальных мер защиты стен от увлажнения, а также в условиях воздействия высоких температур (кладка печей, труб и т.п.).

По технико-экономическим показателям силикатный кирпич превосходит глиняный - на его производство требуется в 2 раза меньше топлива, в 3 раза меньше электроэнергии, примерно в 2,5 раза меньше трудоемкость его производства. Себестоимость силикатного кирпича на 35 - 75% ниже, чем керамического.

Ячеистые силикатные материалы делятся на пено - и газосиликаты. В пеносиликатных изделиях ячеистая структура образуется механическим путем в результате взбивания водного раствора пенообразователя (клееканифольный, смолосапонинный, гидролизованная кровь и др.), а в газосиликатных - химическим, т.е. смешиванием известково-песчаной смеси с газообразователем (пергидроль, алюминиевая пудра и др.).

Из пено- и газосиликата изготавливают блоки для кладки стен, а также армированные панели для стен перекрытий и покрытий зданий. Преимущество этих конструкций состоит в том, что они обладают хорошими теплоизоляционными качествами.