Природные каменные материалы

Каменные строительные материалы включают широкую номенклатуру изделий, получаемых из горных пород: рваный камень в виде кусков неправильной формы (бут, щебень и др.), изделия правильной формы (блоки, штучный камень, плиты, бруски), профилированные изделия и др. Их разделяют на три группы. Первую составляют нерудные строительные материалы – это камень, используемый в виде полупродукта, идущий на производство искусственных строительных материалов (бетоны и строительные растворы, асфальтобетон). Под штучным стеновым камнем понимают каменные материалы правильной геометрической формы, полученные из горного массива с помощью специальных механизмов. Третью группу составляют облицовочные природные камни, пригодные для отделочных работ.

По происхождению горные породы делят на три основных вида (рис. 32):

1) магматические, образовавшиеся в результате затвердевания в недрах

земли или на ее поверхности, в основном из природного силикатного расплава – магмы.

2) осадочные, образовавшиеся путем осаждения неорганических и органических веществ на дне водных бассейнов и на поверхности земли.

3) метаморфические, являющиеся продуктом изменения магматических и

осадочных пород под действием высоких температур и давлений.

Рисунок 32 – Классификация горных пород

 

Используемые горные породы для производства материалов и изделий должны обладать достаточной прочностью, определенными физическими свойствами (плотностью, пористостью, водопоглощением), минимально допустимой маркой по морозостойкости, а в отдельных случаях достаточной истираемостью.

Прочность камня зависит от его строения и сил межзерновых связей слагающих его минералов. Так, прочность при сжатии у мелкозернистых пород выше, чем у крупнозернистых. Прочность при растяжении горных пород невысока и порой в 6-10 раз меньше прочности при сжатии.

Средняя плотность используемых камней изменяется в широких пределах

(от 300-500 кг/м³ доля пористых пород (пемзы, туфа, известняка и др.) до 2600-3300 кг/м³ для плотных пород типа гранита, габбро, диабазов, мрамора и др.).

Наименьшей пористостью обладают кварциты (0,7%) и граниты (1-3,3%), наибольшей – известняки (до 30%) и вулканические туфы (до 65%).

Водопоглощение характеризует способность горной породы впитывать и

удерживать в себе воду. Водопоглощение гранита – 0,1 – 0,8%, а туфа и известняка–ракушечника – до 40 % по массе.

Морозостойкость зависит от строения и пористости горной породы. Для большинства изделий из природного камня ее минимальную величину нормируют. Так, минимальная величина марки по морозостойкости для облицовочного камня F 15 (известняк-ракушечник, вулканический туф).

Истираемость горной породы нормируется у облицовочных материалов,

применяемых для устройства полов, лестниц, тротуаров и др.

Виды природных каменных материалов и их применение в

строительстве

 

Все каменные материалы, используемые в строительстве, делятся на две группы: материалы, используемые в первоначальном виде и материалы, требующие обработки.

К первой группе относятся:

Бутовый камень. Это крупные куски камня неправильной формы весом от 20 до 40 кг. Он используется для бутовой и бутобетонной кладки фундаментов, подземных стен и стен неотапливаемых зданий.

Гравий. Он представляет собой скопление обломков горных пород с величиной зерен от 5 до 70мм. Гравий применяют как заполнитель для бетонов, а также как фильтрующий материал в дренажных системах.

Песок. Это рыхлая горная порода, состоящая из частиц размером от 0,16 до 5 мм. Песок применяют как заполнитель для бетонов и растворов, а также при изготовлении керамики, стекла и других строительных материалов.

К материалам второй группы, требующим обработки, можно отнести:

Щебень. Он представляет собой угловатые обломки горных пород размером от 5 до 70 мм, образовавшиеся при дроблении горных пород. Его применяют как заполнитель для бетонов, а также при строительстве автомобильных и железных дорог.

Стеновые камни и блоки. Это штучные каменные материалы правильной геометрической формы, изготовленные из известняков, туфов и других горных пород. Масса камней до 40-45кг. Блоки отличаются от камней большими размерами и массой (более 100кг). Их используют для кладки стен.

Облицовочные каменные материалы. Они представляют собой широкую номенклатуру плит, плиток, фасонных и профильных элементов облицовки для наружной и внутренней отделки стен, полов, подоконников и др. Лицевая поверхность облицовочных материалов может иметь разнообразную фактуру, которая придается им ударной или абразивной обработкой. Ударная обработка заключается в откалывании поверхности камня с помощью камнетесного инструмента и дает возможность получить следующие фактуры: фактуру скалы с буграми и впадинами, как при естественном расколе породы; рифленую с правильным чередованием гребней и впадин; бороздчатую – с параллельными прерывистыми бороздками; точечную - шероховатую с точечными углублениями. Абразивная обработка включает распиливание, шлифовку и полировку. Распиливание осуществляют камнерезными машинами, шлифовку и полировку производят на шлифовально-полировальных станках с применением абразивных материалов и войлочных полировальных дисков. Абразивная обработка дает фактуры: пиленую – с тонкими штрихами и бороздками, шлифованную – равномерно шероховатую, лощеную – гладкую матовую с выявленным рисунком камня, зеркальную – гладкую с зеркальным блеском.

Бортовые камни. Их изготовляют методом обколки и обтески каменных пород. Применяют для устройства дорожных покрытий.

Брусчатка. Она представляет собой колотые и тесаные бруски камня, которые применяют для устройства мостовых.

ГЛОССАРИЙ

В предлагаемом глоссарии приводятся и разъясняются основные термины и определения строительного материаловедения.

 

Истинная плотность - масса материала в единице объема в абсолютно плотном состоянии.

 

Средняя плотность - масса материала в единице объема в естественном состоянии.

 

Насыпная средняя плотность – это средняя плотность рыхлых сыпучих материалов, определяемая без вычета пустот между их частицами.

 

Пористостью называют отношение объема пор к общему объему материала.

 

Водопоглощением называют способность материала впитывать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней.

 

Водостойкость – это способность материала при насыщении водой сохранять основные физико-механические свойства.

 

Влажностью называют весовое содержание воды в материале, выраженное в процентах.

 

Водопроницаемость – способность материала пропускать через себя воду под давлением.

 

Водонепроницаемостью называется способность материала не пропускать воду под давлением.

 

Морозостойкостью считают способность материала в водонасыщенном состоянии выдерживать многократное переменное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.

 

Марка материала по морозостойкости - наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают водонасыщенные образцы материала без снижения прочности при сжатии более 15%, и потери массы более 5%.

 

Прочность - способность материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от внешних нагрузок.

 

Твердостью называется способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого вещества.

 

Истираемость – свойство материала уменьшаться в объеме и массе вследствие разрушения поверхностного слоя под действием истирающих усилий.

 

Упругость - свойство материала деформироваться под влиянием нагрузки и самопроизвольно восстанавливать форму и размеры после прекращения действия внешних сил.

 

Пластичность - свойство твердого тела изменять форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь. После снятия нагрузки первоначальная форма и размеры тела не восстанавливаются.

 

Теплопроводность -способность материалов передавать через свою толщину тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

 

Теплоемкость - свойство материалов поглощать определенное количество тепла при нагревании.

 

Огнестойкость - свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени.

 

Огнеупорность - свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не расплавляясь.

 

Химическая или коррозионная стойкость - способность материала противостоять агрессивному воздействию кислот, щелочей, солей или газов.

 

Биостойкость – способность материалов сохранять свою прочность при контакте с живыми организмами, т.е. не являться для них питательной средой.

 

Долговечность -способность материалов длительно выдерживать воздействие всей суммы атмосферных факторов (температуры, влажности, воздействия агрессивных веществ и др.).

 

Горные породы – это природные образования более или менее определенного состава и строения, образующие в земной коре самостоятельные геологические тела.

 

Минералами называют однородные по своему составу и физическим свойствам составные части горной породы.

 

Керамическими называют каменные изделия, получаемые из минерального сырья путем формования и обжига его при высокой температуре.

 

Глины - природные водные алюмосиликаты общей формулой Аl₂O₃ ·SiO₂ ·nH₂O с разными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние.

 

Усадка глин – уменьшение размеров глиняного сырца при сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка).

 

Отощающие добавки - вводятся в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин.

 

Порообразующие добавки -вводятся для повышения пористости керамического черепка и улучшения спекаемости глин.

 

Пластифицирующие добавки -вводятся для повышения пластичности

глин, бетонов, строительных растворов.

 

Глазури представляют собой минеральные стекла, используемые для поверхностного покрытия керамических изделий и образующие блестящую пленку, цветную или бесцветную, прозрачную или непрозрачную (глухую).

 

Ангобы представляют собой красочные составы из белой или цветной глины, образующие матовую пленку на поверхности керамических изделий.

 

Минеральными вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, способные при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое под влиянием физико-химических процессов, постепенно затвердевая, приобретает камневидное состояние.

 

Воздушные вяжущие вещества способны затвердевать и длительное время сохранять прочность только на воздухе.

 

Гидравлические вяжущие вещества твердеют и длительное время сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде.

 

Вяжущие автоклавного твердения – это вещества, способные при автоклавном синтезе, происходящем в среде насыщенного водяного пара при давлении 0,8 – 1,3 МПа и температуре 175 - 200^о, затвердевать с образованием прочного камня.

 

Известковые вяжущие вещества получают умеренным обжигом, не доводимым до спекания, карбонатных пород (известняка, мела, ракушечника и др.).

 

Гипсовые вяжущие вещества – это воздушные вяжущие вещества, получаемые тепловой обработкой сырья с последующим помолом, состоящие в основном из сульфатов кальция.

 

Магнезиальные вяжущие вещества – тонкие порошки, главной составной частью которых является окись магния.

 

Жидкое (растворимое) стекло представляет собой водный раствор силикатов натрия или калия общей формулой R₂O · mSiO₂, где m – модуль стекла.

 

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, представляющее собой продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера, получаемого обжигом до спекания сырьевой смеси надлежащего состава, и содержащего в основном силикаты кальция.

 

Алит (трехкальциевый силикат) – минерал, входящий в состав портландцемента.

 

Белит (двухкальциевый силикат) -минерал, входящий в состав портландцемента.

Трехкальциевый алюминат -минерал, входящий в состав портландцемента.

Четырехкальциевый алюмоферрит -минерал, входящий в состав портландцемента.

Марка портландцемента – характеристика, которую устанавливают по пределу прочности при изгибе образцов-балочек размером 4´4´16см и сжатии их половинок. Образцы изготавливают из цементно-песчаного раствора состава цемент: песок как 1: 3 с В/Ц, определяемым стандартным испытанием на расплыв конуса, и испытывают через 28 суток нормального твердения (т.е. при комнатной температуре и влажности, близкой к 100%.).

 

Нормальная густота – водопотребность цементного (или другого) теста, отвечающая стандартной текучести и выраженная водоцементным отношением в процентах.

 

Быстротвердеющие цементы – это цементы, отличающиеся повышенной прочностью при сжатии в возрасте от 1 до 3 суток.

 

Пластифицированный портландцемент - представляет собой продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера с гипсом и пластифицирующей добавкой и обладающий повышенной подвижностью.

 

Гидрофобный портландцемент - представляет собой продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера с гипсом и гидрофобной добавкой в количестве 0,06…0,3% от массы цемента и обладающий водоотталкивающими свойствами.

 

Пуццолановый портландцемент изготавливают путем совместного помола портландцементного клинкера с гипсом и активной минеральной добавкой природного происхождения, причем добавок осадочного происхождения должно содержаться 20…30%, а добавок вулканического происхождения – 25…40%.

 

Шлакопортландцемент получают путем совместного помола портландцементного клинкера с гипсом и доменным гранулированным шлаком в количестве от 21 до 80%.

Глиноземистый цемент – продукт тонкого измельчения глиноземистого клинкера, получаемого обжигом сырьевой смеси из известняков и бокситов при температуре 1300…1400^о.

Бетон - искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя – песка, крупного заполнителя – щебня или гравия, а в необходимых случаях – специальных добавок.

 

Бетонной смесью называется рационально составленная и однородно перемешанная смесь компонентов бетона до начала схватывания и твердения входящего в нее вяжущего.

 

Классом бетона по прочности на сжатие В называют предел прочности на сжатие в МПа эталонных 28-суточных образцов с ребром 15 см, с обеспеченностью 0,95.

 

Песок - рыхлая смесь зерен с крупностью от 0,16 до 5 мм, образовавшаяся в результате естественного разрушения горных пород (естественные пески) или при их дроблении (искусственные пески).

 

Гравий - рыхлая смесь зерен с размером частиц от 5 до 70 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения горных пород.

 

Щебень - материал, образующийся при дроблении горных пород и имеющий размеры от 5 до 70 мм.

 

Железобетон - сочетание бетона со стальной арматурой, монолитно соединенных и совместно работающих в конструкции.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

 

1)На какие свойства и как влияет открытая пористость материалов?

а) увеличивает прочность;

б) снижает водопоглощение;

в) ухудшает морозостойкость;

г) снижает теплопроводность;

д) увеличивает водонепроницаемость.

2) При каком значении коэффициента размягчения материал считают водостойким?

а) 0,2;

б) 0,5;

в) 0,8;

г) 1,0;

д) 1,5.

3)Какое значение объема учитывается в формуле средней плотности?

а) в абсолютно плотном состоянии;

б) в абсолютно твердом состоянии;

в) в абсолютно прочном состоянии;

г) в естественном состоянии;

д) в рыхлонасыпанном состоянии.

4) Какое значение объема учитывается в формуле истинной плотности?

а) в абсолютно плотном состоянии;

б) в абсолютно твердом состоянии;

в) в абсолютно прочном состоянии;

г) в естественном состоянии;

д) в рыхлонасыпанном состоянии.

5)Какое значение объема учитывается в формуле насыпной средней плотности?

а) в абсолютно плотном состоянии;

б) в абсолютно твердом состоянии;

в) в абсолютно прочном состоянии;

г) в естественном состоянии;

д) в рыхлонасыпанном состоянии.

6) С помощью какого прибора определяют прочность при сжатии строительных материалов?

а) гидравлический пресс;

б) объемомер Ле-Шателье-Кандло;

в) вискозиметр Суттарда;

г) прибор Вика;

д) прибор МИИ-100.

7) С помощью какого прибора определяют сроки схватывания строительных материалов?

а) гидравлический пресс;

б) объемомер Ле-Шателье-Кандло;

в) вискозиметр Суттарда;

г) прибор Вика;

д) прибор МИИ-100.

8)Как изменяется теплопроводность при увлажнении материалов?

а) не меняется;

б) уменьшается;

в) увеличивается;

г) исчезает;

д) появляется.

9)С какой целью в керамическую массу вводят отощающие добавки?

а) для понижения пластичности;

б) для повышения пластичности;

в) для повышения пористости;

г) для улучшения спекаемости;

д) для улучшения внешнего вида.

10) С какой целью в керамическую массу вводят пластифицирующие добавки?

а) для понижения пластичности;

б) для повышения пластичности;

в) для повышения пористости;

г) для улучшения спекаемости;

д) для улучшения внешнего вида.

11)С какой целью в керамическую массу вводят выгорающие добавки?

а) для понижения пластичности;

б) для повышения пластичности;

в) для повышения пористости;

г) для улучшения спекаемости;

д) для улучшения внешнего вида.

12)Каков интервал марок полнотелого керамического кирпича?

а) М 10 -100;

б) М 75 -250;

в) М 100-350;

г) М 75 – 300;

д) М 150-500.

13)Как называются минеральные вяжущие вещества, твердеющие только на воздухе?

а) гидравлические;

б) воздушные;

в) автоклавные;

г) органические;

д) неорганические.

14)Как называются минеральные вяжущие вещества, способные твердеть в воде?

а) гидравлические;

б) воздушные;

в) автоклавные;

г) органические;

д) неорганические.

15)Как называются минеральные вяжущие вещества, твердеющие при повышенных температуре и давлении?

а) гидравлические;

б) воздушные;

в) автоклавные;

г) органические;

д) неорганические.

16)Какой минерал содержится в портландцементе в наибольшем количестве?

а) трехкальциевый алюминат;

б) четырехкальциевый алюмоферрит;

в) трехкальциевый силикат;

г) двухкальциевый силикат;

д) гидроксид кальция.

17)Каков диапазон марок портландцемента?

а) М 50-200;

б) М 100- 300;

в) М 200 – 400;

г) М 300 – 600;

д) М 400 – 800.

18)За сколько суток твердеет цемент?

а) 3;

б) 10;

в) 15;

г) 20;

д) 28.

19)Какой портландцемент применяют для длительного хранения или транспортировки?

а) белый;

б) гидрофобный;

в) пластифицированный;

г) цветной;

д) сульфатостойкий

20)Какой портландцемент является основой для производства цветных цементов?

а) белый;

б) гидрофобный;

в) пластифицированный;

г) цветной;

д) сульфатостойкий.

21)Какова средняя плотность особо тяжелого бетона (кг/м³)?

а) 2200 – 2500;

б) более 2500;

в) 500 – 1800;

г) 1800-2200;

д) менее 500.

22)Какова средняя плотность тяжелого бетона (кг/м³)?

а) 2200 – 2500;

б) более 2500;

в) 500 – 1800;

г) 1800-2200;

д) менее 500.

23) Какова средняя плотность легкого бетона (кг/м³)?

а) 2200 – 2500;

б) более 2500;

в) 500 – 1800;

г) 1800-2200;

д) менее 500.

24)Какова средняя плотность особо легкого бетона (кг/м³)?

а) 2200 – 2500;

б) более 2500;

в) 500 – 1800;

г) 1800-2200;

д) менее 500.

25)Какова средняя плотность облегченного бетона (кг/м³)?

а) 2200 – 2500;

б) более 2500;

в) 500 – 1800;

г ) 1800-2200;

д) менее 500.

26)Какое вяжущее входит в состав тяжелого бетона?

а) гипсовое;

в) магнезиальное;

в) на основе жидкого стекла;

г) портландцемент;

д) битум.

27) Каков диапазон классов по прочности на сжатие тяжелого бетона?

а) В 1 – 10;

б) В 3,5 – 60;

в) В 5 – 50;

г) В 7,5 – 60;

д) В 10 - 80.

28) Каков диапазон классов по прочности на сжатие легкого бетона?

а) В 1 – 10;

б) В 3,5 – 60;

в) В 2,5 – 40;

г) В 7,5 – 60;

д) В 10 -80.

29) Каков диапазон классов по прочности на сжатие ячеистого бетона?

а) В 1 – 10;

б) В 0,35 – 20;

в) В 2,5 – 40;

г) В 7,5 – 60;

д) В 10 -80.

30) В железобетоне стальная арматура соединяется с бетоном

а) монолитно;

б) немонолитно;

в) в отдельных точках;

г) по концам;

д) не соединяется