В строительстве из метаморфических пород применяют гнейсы, глинистые сланцы, мраморы, кварциты.

24. Что такое выветривание горных пород, какие защиты применяются от выветривания

Выве́тривание — совокупность процессов физического и химического разрушения горных пород и слагающих их минералов на месте их залегания: под воздействием колебаний температуры, циклов замерзания и химического воздействия воды, атмосферных газов и организмов

Различают химические и конструктивные способы защиты от выветривания.
К химическим способам защиты относится обработка природных камней из карбонатных горных пород (мрамор, известняк, доломит) флюатами — солями кремнефтористоводородной кислоты. В результате образуются нерастворимые соединения фтористого кальция, магния, кремниевой кислоты, уплотняющие поверхностный слой материала.
Поверхности природных каменных материалов уплотняются также попеременной пропиткой их растворимым стеклом и хлористым кальцием, а также другими веществами, в результате чего образуются нерастворимые соединения, закупоривающие поры. Эффективной защитой каменных материалов от воды является гидрофобизация их водными растворами кремнийорганических соединений и обработка другими полимерными соединениями.
Конструктивные способы защиты от выветривания сводятся к тому, что изделиям из природного камня придают определенную форму, которая не задерживает воду на их поверхности.

25.Классификация горных пород, какая порода подходит для дорожного строительства

Классификация горных пород

Согласно генетической классификации, горные породы подразделяются на три большие группы: изверженные, осадочные и метаморфические.

Изверженные горные породы образовались из расплавленной магмы, поднявшейся из глубин Земли и отвердевшей при остывании. Различные условия охлаждения магмы привели к образованию изверженных пород с различным строением и свойствами. Глубинные породы, образование которых происходило под значительным давлением верхних слоев, остывали медленно и сравнительно равномерно. Такие условия были благоприятны для кристаллизации минералов, составляющих горную породу. В связи с этим глубинные породы массивны, плотны и состоят из тесно сросшихся более или менее крупных кристаллов; они обладают большой плотностью, высокими прочностью на сжатие и морозостойкостью, малым водопоглощением и большой теплопроводностью. Глубинные породы имеют зернистое кристаллическое строение, называемое еще гранитным — от названия наиболее распространенного представителя этих пород — гранита.

Излившиеся породы образовались на поверхности земли при отсутствии давления и при быстром охлаждении магмы. Некоторая часть магмы, излившаяся на поверхность, уже содержала кристаллы отдельных минералов. Поэтому в большинстве случаев излившиеся породы состоят из отдельных хорошо сформированных кристаллов, вкрапленных в основную скрытокристаллическую массу; такое строение называют порфировым по аналогии с широко распространенными среди этой группы пород порфирами. В тех случаях, когда излившиеся породы застывали мощным слоем, их строение было сходно с глубинными породами. Если же слой был сравнительно тонок, то охлаждение происходило быстро и масса их оказывалась стекловатой, а верхние слои излившейся лавы становились пористыми вследствие энергичного выделения газов из магмы при уменьшении давления. Обломочные породы образовались при быстром охлаждении раздробленной, выбрасываемой при извержении вулканов лавы (пемза, вулканический пепел). Часть обломочных пород (вулканического пепла) подверглась цементированию, образуя вулканические туфы.

Осадочные горные породы образовались при осаждении веществ из какой-либо среды, главным образом водной. Осаждение происходило периодами в виде отдельных слоев и пластов. По характеру образования и составу осадочные горные породы делят на три группы: химические, органогенные и механические.

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

Органогенные породы образовались в результате отложения остатков некоторых водорослей и животных организмов с последующим их уплотнением и цементацией (большинство известняков, мел, диатомиты и др.).

Механические отложения образовались в результате осаждения или накопления рыхлых продуктов при физическом и химическом распаде горных пород. Часть из них подвергалась в дальнейшем цементированию глинистым веществом, железистыми соединениями, карбонатами или другими углеродными цементами, образуя цементированные осадочные породы — конгломераты, брекчии.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в результате более или менее глубокого преобразования изверженных или осадочных горных пород под влиянием высоких температуры и давления, а иногда и химических воздействий.

В этих условиях может происходить перекристаллизация минералов без их плавления; получающиеся при этом породы обычно более плотны, чем исходные осадочные. В процессе метаморфизма происходило изменение структуры горных пород. В большинстве случаев метаморфические породы отличаются сланцеватой структурой.

Каменные материалы являются основными для дорожного строительства. Они состоят ‘из горных пород, образованных главным образом из кремния и алюминия и их соединений с другими химическими элементами.

Горные породы, образовавшиеся в результате застывания изверженных из.недр земли расплавленных веществ (магмы), носят название изверженных горных пород.

Излившаяся на поверхность земли магма быстро остывала и превращалась в стекловидные горные породы — липарит, трахит, диабаз, базальт. Наоборот, магма, не достигшая поверхности земли, остывала медленно и при твердении образовывала кристаллические горные породы — гранит, сиенит, диорит. И те и другие породы применяются в дорожном строительстве.

26. Выпишите в таблицу глубинные породы, ср плотность, сжатие, минерал состав и область применения в строительстве.

Характери-стика по содержанию SiO2	Глубинные породы	Излившиеся плотные породы	Породо- образующие минералы	Средняя плотность, т/м3.	Предел прочности при сжатии, МПа
Кислые SiO2>65%	Граниты	Кварцевые порфиры	Кварц, полевой шпат	2,6-2,7	100-250
Средние SiO2 = 55-65%	Сиениты, диориты	Бескварцевые порфиры, трахиты. Андезиты и порфириты	Полевой шпат, слюда, немного темноокрашенных минералов. Полевой шпат и темноокрашенные минералы.	2,6-2,8 2,8-3,0	120-250 150-300
SiO2 < 50%	Габбро, лабрадориты	Диабазы, базальты	Темноокрашенные минералы, полевой шпат	2,9 3,3	200-500

Граниты - это глубинные кислые магматические породы, наиболее распространенные не земле, они имеют ярко выраженное зернисто- кристаллическое строение.

Граниты широко применяются в строительстве для получения щебня, изготовления высокопрочного и морозостойкого и асфальтовых бетонов, облицовочных плит, ступеней, плит для полов, бутового камня для кладки стен и фундаментов. Гранит используют для облицовки гидротехнических сооружений, набережных, опор мостов, туннелей, цоколей и др. частей зданий, монументальных сооружений. Они равномерно изнашиваются при истирании, устойчивее против выветривания и меньше - растрескивания при нагревании. Граниты хорошо шлифуются и обтесываются.

Сиениты - по минералогическому составу отличаются от гранита отсутствием в составе кварца (кристаллического SiO2) или небольшим его содержанием. Состоит сиенит в основном из калиевых и натриевых полевых шпатов и темноокрашенных минералов (роговой обманки, авгита, биотита), количество которых не превышает 15%. Структура у сиенита, также как и у гранита, полнокристаллическая, он и внешне напоминает гранит, но зернис-тость выражена менее отчетливо, а окраска его обычно несколько темнее.

Диориты - состоят из полевых шпатов плагиоклазов (около 75%) и темноокрашенных минералов - роговой обманки, реже биотита и авгита. Цвет от красного до темно-зеленого. Структура полнокристаллическая.

Габбро - состоит из полевых шпатов, главным образом плагиоклаза (около 50%) и темноокрашенного минерала - авгита, реже в его состав входят роговая обманка, биотит, оливин. Цвет габброот серого, темно-зеленого до черного; структура полнокристаллическая, крупно- или среднезернистая.

27. Почему в строительстве используют гранит, диабаз.

Граниты широко применяются в строительстве для получения щебня, изготовления высокопрочного и морозостойкого и асфальтовых бетонов, облицовочных плит, ступеней, плит для полов, бутового камня для кладки стен и фундаментов. Гранит используют для облицовки гидротехнических сооружений, набережных, опор мостов, туннелей, цоколей и др. частей зданий, монументальных сооружений.

Диабазы – (аналоги габбро) - это плотные кристаллические породы с зернами различной крупности, отличаются своеобразным "переплетенным" строением.

Применяют для получения минеральной ваты, каменного литья, щебня для кислотостойких бетонов и в дорожном строительстве.

28. Выпишите в таблицу излившиеся породы, ср плотность, сжатие, минерал состав и область применения в строительстве.

Вулканические пеплы и пески - это порошкообразные неправильной формы частицы вулканической лавы, выброшенной в раздробленном состоянии. Мелкие частицы размером до 1 мм называют вулканическим пеплом, а более крупные до 5 мм - вулканическим песком. Пеплы и пески используют как активные минеральные добавки в производстве цементов и других вяжущих и как теплоизоляционный материал.

 Пемза - это весьма легкая порода. В природе она встречается в виде отдельных обломков размерами частиц 5-30 мм. Поры занимают до 80% ее объема, остальное в структуре - вулканическое стекло, образовавшееся при быстром охлаждении лавы на воздухе. Состав: до 70% кремнезема (SiO2) и 15% глинозема (Al2O3). Большая пористость придает пемзе низкую теплопроводность - 0,14-0,23 Вт/м.К; ρо=0,5-0,6 т/м3, Rсж=2-4 МПа, она морозостойка и негигроскопична. Применяют пемзу как заполнитель в легкие бетоны, в качестве стенового материала в малоэтажном строительстве, тепло- и звукоизоляционного материала, как активную минеральную добавку к извести и цементам, а также в качестве шлифующего (абразивного материала).

 Вулканические туфы - это пористые породы, образовавшиеся в процессе уплотнения вулканического пепла вследствие температур, давлений или цементации природными цементами. Наиболее уплотненные пеплы образуют вулканические трассы. Вулканические туфы и трассы имеют цвет розовато-фиолетовый различных оттенков; ρо=0,75-1,4 т/м3, Rсж=5,0-20 МПа, П = 45-70%. Туфы легко поддаются технологической обработке и являются прекрасным строительным материалом, из них выпиливают камни для кладки стен и плиты для облицовки фасадов зданий, их применяют в качестве заполнителя для легких бетонов и для получения активных минеральных добавок к цементам, извести, тепло- и звукоизоляционных, акустических материалов.

 Туфовая лава - образовалась при попадании в жидкую лаву значительного количества пеплов и песков. Крупное месторождение туфовой лавы находится в Армении, такая порода носит название артикский туф. Это стекловидная пористая порола, но благодаря замкнутым порам у нее низкое водопоглощение и достаточно высокая морозостойкость. Она имеет ρо=0,75- 1,45 т/м3, Rсж=15 МПа, низкую теплопроводность < 0,35 Вт/м.К, разнообразную окраску, применяется так же, как и туфы.

29. Таблица осадочных

Основные осадочные породы, осадочные породы в зависимости от условий их образования делят на следующие три основные подгруппы: 1) механические отложения или обломочные породы; 2) химические осадки; 3) органогенные отложения

Механические отложения подразделяются на рыхлые, к которым относятся гравий, щебень, песок, глины, и сцементированные породы - это песчаники, конгломераты и брекчии. Рыхлые обломочные породы подразделяются по размерам обломков на крупнообломочные - размер кусков более 2 мм (гравий с окатанными зернами и крупные пески), среднеобломочные (пески с размером зерен от 0,14 до 2 мм), мелкообломочные (пылеватые частицы размером 0,01-0,14 мм), тонкообломочные (глины, ил и лесс с размером частиц менее 0,01 мм). Щебень, гравий и песок применяются для отсыпки насыпей, балласта, заполнителей для бетонов и растворов. Глина используется в производстве вяжущих и керамических материалов.

Песчаники - состоят из зерен кварцевого песка (реже из песка полевого шпата), сцементированного природным цементом, например, карбонатом кальция, водным кремнеземом, гипсом, глинистыми минералами (рис. 3.3.). В зависимости от цементирующего вещества песчаники называют известковыми, кремнистыми, глинистыми. Цвет их зависит от цвета цементирующего вещества. Наибольшее применение в строительстве получили известковые и кремнистые песчаники (глинистые песчаники не водостойки).

В известняковых песчаниках зерна песка сцементированы кальцитом и доломитом, их показатели, ρо=2,3-2,5 т/м3, Rсж=50-100 МПа, кремнеземистые песчаники состоят из кварцевого песка, сцементированного водным кремнеземом (минерал опал).

К химическим осадкам относят некоторые виды известняков, известковые туфы, магнезиты, доломиты, гипс. Состоят они, как правило, из минералов группы сульфатов и карбонатов (СаСО3, MgСО3, СаSO4). Известковые туфы образовались в результате выпадения СаО3 из источников подземных углекислых вод. Обычно туфы мягки и легко поддаются распиловке. Туфы имеют пористое ноздреватое строение. Разновидность известкового туфа - травертин - имеет плотное мелкозернистое строение, Rcж до 80 МПа и обычно используется как декоративный камень для облицовки зданий.

 Магнезит (MgCO3) - порода кристаллического, а иногда аморфного строения состоит в основном, из минерала магнезита. Иногда содержит примеси углекислого кальция и железа. Цвет его белый, желтоватый до бурого. Используется для изготовления огнеупорных изделий, а также в качестве сырья для производства магнезиального вяжущего - каустического магнезита.

 Доломит (СаCO3.MgCO3) - порода зернистой, оолитовой и кристаллической структуры, состоит в основном из минерала доломита, с примесью глины, окиси железа и др. Цвет серый, желтый до бурого. По свойствам доломиты близки к плотным известнякам: ρо=2,2-2,8 т/м3, Rсж=15- 20 МПа, несколько выше, чем у плотного известняка. Применяют их в качестве строительного камня и щебня для бетона, для получения огнеупорных материалов и вяжущего вещества - каустического доломита.

 Гипс (СаSO4. 2H2O) – осадочная порода белого или серого цвета, состоит из минерала того же названия. Гипсовый камень имеет ρо=2,0-3,0 т/м3, Rсж=до 30 МПа и невысокую стойкость. Используется главным образом для производства гипсовых вяжущих веществ и в качестве добавки при производстве портландцемента.

Ангидрит (СаSO4) состоит, в основном, из одноименного минерала ангидрита. Ангидрит отличается от гипса, цвет голубовато-белый до серого с разными оттенками. Ангидрит применяют для получения вяжущих и для внутренней облицовки зданий.

К органогенным породам относят различные карбонатные и кремнистые горные породы, из них для строительных целей используют известняки, известняки-ракушечники, мел, диатомит, трепел.

Известняки - горная порода, состоящая, главным образом, из кальцита, широко распространенная на Земле. Кроме углекислого кальция, известняки обычно содержат незначительное количество магнезита, а иногда кварца, глинистых, железистых и др. соединений. В основном известняки морского происхождения – уплотненные и сцементированные скелетные остатки простейших организмов (моллюсков, раковин, панцирей, скелетов коралловых полипов). Цвет известняков белый или светлый с желтыми, серыми, красноватыми или бурыми оттенками в зависимости от примесей. По структуре известняки подразделяют на плотные, пористые, мраморовидные, ракушечники, оолитовые (в последних шарообразные зернышки кальцита сцементированы тем же известковым цементом), землистые (мел). Плотные известняки имеют показатели: ρо=2,0-2,6 т/м3, Rсж= 10-100 МПа; пористые ρо=0,9-2,0 т/м3, Rсж=4-20 МПа. Большое содержание в известняках глин и пирита оказывает на их свойства вредное влияние. Так, например, при содержании 3% глины известняки становятся неводостойкими. Плотные известняки используют для облицовочных плит, ар-хитектурных деталей, щебня для бетонов, производства извести и портландцемента. В зависимости от относительного содержания СаСО3 известняки бывают чистыми (СаСО3 не менее 98%) и мергелистыми (СаСО3 не менее 90%).

 Мергели - представляют собой породу, составленную из механической смеси известняка и глины в разных соотношениях. Строение имеют от землистого до плотного, прочность небольшую, легко выветриваются. При содержании СаСО3 - не менее 75% мергели называются известняковыми, не менее 40% - просто мергелями и не менее 10% - глинистыми мергелями. Мергели определенного состава могут использоваться в производстве портландцемента.

Мраморовидные известняки - это переходные породы от известняков к мраморам. Они состоят из зерен кальцита, тесно связанных между собой небольшим количеством карбонатного цемента. Мраморовидные известняки более плотные и прочные, чем обычные ρо=2,6-2,8 т/м3, Rсж=60-180 МПа.

 Известняк-ракушечник – это пористая порода, состоящая из раковин и панцирей моллюсков, корненожек и др. остатков, слабосцементированных известковым цементом (рис.3.3. б). Его основные параметры: ρо=0,9-2,0 т/м3, Rсж= 0,4- 15 МПа и более, имеет малую теплопроводность, легко поддается распиловке. Используют известняк-ракушечник как щебень для легкого бетона, а более прочный - для изготовления стеновых камней, блоков, облицовочных плит. Мел - землистая горная порода, представляющая собой затвердевший морской осадок, состоящий из мелких обломков кальцита, многоклеточных организмов и микроскопических раковин. Цвет его белый, обладает высокой дисперсностью. Используется мел для получения извести, в производстве портландцемента, стекла, красок, замазок, шпаклевок и др.

 Диатомиты - представляют собой рыхлые землистые массы белого, желтого, серого и других цветов, богатые аморфным кремнеземом, состоящие в основном из опала (SiO2. nH20). Образовались они из остатков мельчайших водорослей - диатомит, одетых тонкой прочной кремневой оболочкой, а также из кремневых скелетов одноклеточных животных радиолярий и губок, между которыми осаждались тончайший ил и глина (рис. 3.3.в).

Трепел - по внешнему виду, по химическому и минералогическому составу и свойствам очень сходен с диатомитом, но в отличие от него содержит аморфный кремнезем в виде мельчайших шариков, сцементированных опаловидным цементом. В состав трепела входит также небольшое количество скелетов диатомий, губок, раковин радиолярий. В трепеле и диатомите содержится до 75-95% активного кремнезема. Прочность их незначительна: ρо=0,35-0,95 т/м3, теплопроводность – λ =0,17- 0,23 Вт/м.К. С течением времени под давлением верхних слоев трепел может переходить в прочную плотную, трудно размокающую породу, называемую опокой, почти полностью состоящую из аморфного кремнезема. Диатомит, трепел и опоку используют в производстве легкого кирпича, теплоизоляционных материалов, а также в качестве активных гидравлических добавок к вяжущим.

30. Таблица метаморфических пород

Мраморы - однородные массивные равномерно-зернистые крис-таллические породы, образовавшиеся из известняков (реже доломитов) под действием высокой температуры и огромного многостороннего давления. Составлены они из прочно сросшихся между собой кристаллов кальцита (СаСО3), иногда с примесью зерен доломита (СаСО3, MgCO3). При этом зерна в мраморе связаны непосредственным cцеплением кристаллов без цементирующего вещества (рис. 3.4.а), в результате чего мрамор имеет высокую плотность и прочность: ρо=2,6-2,8 т/м3, Rсж= 120-300 МПа, низкое водопоглощениеWп=0,1-0,7% и относительно высокую прочность на истирание.

Цвет чистого мрамора - белый, но в зависимости от примесей может быть разным: красный и розовый (с примесями железистых соединений и марганца), серый и черный (с органическими примесями) и др. При неравномерном распределении примесей мраморы приобретают окраску с узорами и прожилками. Мрамор хорошо пилится на тонкие плиты и вследствие высокой плотности хорошо шлифуется и полируется. Мраморы используются для изготовления декоративных и облицовочных материалов для внутренней отделки зданий, архитектурных деталей, а также подоконных досок, лестничных ступеней, плит для пола и др. изделий. Однако мрамор не рекомендуется применять для наружной отделки зданий, так как под влиянием влаги, отрицательных температур, воздействием сернистого газа, содержащегося в воздухе промышленных городов, он выветривается, разрушается, теряет блеск полировки, цвет его изменяется.

Кварциты - метаморфическая порода, образовавшаяся в результате видоизменения кремнистых песчаников, представляющая собой сросшиеся зерна кварца с перекристаллизовавшимся цементирующим веществом, неотделимым от зерен кварца (рис. 3.4.б). Кварциты имеют мелко- и среднезернистую структуру, очень стойки против выветривания. Цвет от белого до темно-вишневого, что зависит от примесей. Плотность и прочность высокие: ρо=2,7 т/м3, Rсж= 400 МПа. Из-за большой твердости (более 7) кварциты трудно обрабатываются. Применяют их в особо ответственных частях зданий и сооружений: для подферменных камней в мостах, облицовки, ступеней, деталей лестниц, как бутовый камень и щебень, а также в качестве сырья в производстве огнеупорным (динасовых) изделий и бетона.

Гнейсы - это полнокристаллические плотные породы, образовавшиеся в результате перекристаллизации гранитов, гранодиоритов, кварцевых порфиров и некоторых других изверженных пород, при высокой температуре и большом одностороннем давлении, имеющие сланцеватое строение и кристаллы, вытянутые в одном направлении рис. Сланцеватое строение обусловливает их анизотропность, облегчает добычу и обработку гнейсов, но уменьшает их прочность на сжатие вдоль слоев и стойкость против выветривания. Цвет их может быть от белого до черного. По свойствам они близки к гранитам и сиенитам, из которых образовались, но менее морозостойки. В строительстве гнейсы используют в виде плит для облицовки каналов, набережных, мощения площадей и тротуаров, кладки фундаментов, в качестве щебня для дорожного строительства.

 Глинистые сланцы - плотная и глинистая твердая порода сланцевого строения, образовавшаяся из глин при сильном их уплотнении и частичной перекристаллизации при большом одностороннем давлении. В отличие от глин они не размокают в воде и при увлажнении, не обладают пластичностью. Цвет темно-серый. Глинистые сланцы очень долговечны, легко расщепляются на тонкие ровные плитки, ρо=2,6-2,8 т/м3, Rсж= 20-60 МПа, они являются хорошим кровельным материалом (природный шифер).

31. Приведите классификацию строительных материалов из природного камня.

По виду и степени обработки различают грубообработанные материалы (бутовый камень, щебень, гравий, песок) и профилированные изделия (изделия и профилированные детали из природного камня; штучный камень и блоки правильной формы; плиты для наружной и внутренней облицовки зданий, полов; изделия для дорожного строительства и т.п.).

По способу изготовления природные каменные материалы и изделия можно разделить: на пиленые, полученные абразивной обработкой (стеновые камни и блоки, облицовочные плиты и плиты для пола), и колотые, полученные ударной обработкой (бортовые камни, камни тесаные, брусчатка, шашка для мощения и др.).

Используя ударную и абразивную обработку, природному камню придают ту или иную фактуру - различный характер поверхности.

Ударная обработка заключается в обкалывании поверхности камня с помощью камнетесного инструмента со сменными наконечниками: для тески пользуются широким долотом-скарпелью; скалывание неровностей производят спицей - остроконечным долотом; для чистой обработки лицевой поверхности применяют бучарду со средней или мелкой насечкой.

Абразивная обработка включает распиливание, фрезерование, шлифовку и полировку.

Выпиливание штучных стеновых камней и блоков из пористых пород производят камнерезными машинами. Режущими элементами машин являются дисковые пилы.

Для получения профилированных изделий (ступеней, поясков, карнизов и т.п.) на камнеобрабатывающих заводах применяют камнефрезерные и универсальные профилирующие машины.

Шлифовку и полировку производят на шлифовально-полировальных станках с вращающимися дисками, которые перемещают по поверхности изделия. Шлифуют с применением зернового абразива: корунда, карбокорунда или мелких пылевидных алмазов. После шлифовки камень имеет гладкую матовую поверхность. Полировка осуществляется войлочными полировальными дисками с использованием мастик и тонких полирующих порошков из оксидов металлов (хрома, олова, железа и др.) или азотнокислого олова. После полировки поверхность плотного камня становится зеркально гладкой.

Абразивная обработка дает фактуры: пиленую - с тонкими штрихами и бороздками глубиной до 2 мм; шлифованную - равномерно шероховатую с глубиной рельефа до 0,05 мм; лощеную - гладкую бархатисто-матовую с выявленным рисунком камня; зеркальную - гладкую с зеркальным блеском.

Природные каменные материалы классифицируются также по физико-техническим и эксплуатационным свойствам.

По плотности природные камни делятся на легкие и тяжелые. Легкие камни плотностью не более 1,8 г/см3 имеют пористое строение (вулканический туф, пемза, известняк-ракушечник) и поэтому применяются преимущественно в виде штучного камня и блоков для стен зданий

1,8 г/см3 (из гранита, сиенита, диорита и т.п.) служат облицовкой и используются в виде плит пола, материалов и изделий для гидротехнического и дорожного строительства.

По пределу прочности при сжатии образцов в воздушно-сухом состоянии природные каменные материалы делят на марки (МПа): 0,4; 0,7; 1,5; 2,5; 3,5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 80 и 100. Марки с 0,4 до 20 свойственны легким камням различной пористости.

По морозостойкости природные каменные материалы разделяют на марки: F 10; F 15; F 35; F 100; F 150; F 200; F 300 и F 500. Высокую морозостойкость имеют плотные камни с равномерно-зернистой структурой. Свежедобытые известняки, доломиты, песчаники, туфы легко разрушаются от мороза вследствие того, что их поры заполнены «горной влагой» и коэффициент насыщения пор водой близок к 1. После естественной просушки они оказываются достаточно морозостойкими и более прочными.

По водостойкости природные камни делятся на группы с коэффициентом размягчения не ниже 0,6 для наружных стен зданий; не ниже 0,8 – для гидротехнических сооружений и фундаментов.

В зависимости от назначения и условий применения природные каменные материалы оценивают также по твердости, истираемости и износу, огнестойкости, стойкости к химическому воздействию внешней среды и т.п.

33.Отжиг стали. Виды отжига их значения

Отжиг – нагрев стали до заданной температуры, выдержка и медленное охлаждение (вместе с печью) для получения ненапряжённой структуры и устранения ликвации.

Существуют различные виды отжига:

Полный отжиг характеризуется нагревом стали на 30...50° выше температуры превращений АС3(доэвтектоидные стали) и последующим медленным охлаждением - происходит значительное снижение твердости и устранение структурной неоднородности стали; структура её становится мелкозернистой. Полный отжиг применяют для доэвтектоидных сталей.

Неполный отжиг характеризуется нагревом стали до температур в интервале АС1- АС3(доэвтектоидные стали) и АС1- АСm(заэвтектоидные стали) и последующим медленным охлаждением - снижается твердость, что улучшает обрабатываемость стали, снимаются внутренние напряжения и структура становится более однородной.

Изотермический отжиг (применяется только для легированных сталей) состоит из нагрева их на 20...30° выше АС3выдержки и относительно быстрого охлаждения до тем-пературы ниже точки Аr1(630...700°С). При этой температуре сталь выдерживают до полного распада аустенита, затем охлаждают на воздухе - стали приобретают такие же механические свойства, как и после полного отжига, но время обработки сокращается вдвое.

Отжиг на зернистый перлит (сфероидизация)заключается в нагреве немного выше точки АС1, длительной выдержке при этой температуре и медленного охлаждения (25...30°С в час) до 600 °С, выдержки и последующего охлаждения на воздухе - карбиды

принимают зернистую (округлую) форму, понижается твердость стали и улучшается ее обработка резанием.

Диффузионный отжиг (гомогенизация)состоит из нагрева стали до 1050...1150°С, длительной выдержки (10...15 ч) и последующего медленного охлаждения - выравнивается химическая неоднородность стали, то есть уменьшение ликвации в слитках, отливках, заготовках. Поэтому диффузионный отжиг называют также гомогенизацией (получение однородного по составу сплава).

Рекристаллизационный (низкий)отжиг состоит из нагрева стали ниже точки АС1на 50...100°, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения на воздухе - образуется однородная мелкозернистая структура с небольшой твердостью и значительной вязкостью.

34.Чугуны,их классификация, структура, свойства, маркировка и назначение. Применение чугунов в строительстве

Чугун – сплав железа с углеродом, в котором углерода больше 2.14%.

Классификация чугунов

Белый и серый чугун. Серый и белый чугуны резко различаются по свойствам. Белые чугуны очень твердые и хрупкие, плохо обрабатываются режущим инструментом, идут на переплавку в сталь и называются передельными чугунами. Часть белого чугуна идет на получение ковкого чугуна.

Серые чугуны — это литейный чугун. Серый чугун поступает в производство в виде отливок. Серый чугун является дешевым конструкционным материалом. Он обладает хорошими литейными свойствами, хорошо обрабатывается резанием, сопротивляется износу, обладает способностью рассеивать колебания при вибрационных и переменных

нагрузках. Свойство гасить вибрации называется демпфирующей способностью. Демпфирующая способность чугуна в 2—4 раза выше, чем стали. Высокая демпфирующая способность и износостойкость обусловили применение чугуна для изготовления станин различного оборудования, коленчатых и распределительных валов тракторных и автомобильных двигателей и др. Выпускают следующие марки серых чугунов (в скобках указаны числовые значения твердости НВ):СЧ 10(143—229), СЧ 15 (163-229), СЧ 20 (170-241), СЧ 25 (180-250), СЧ 30(181-255), СЧ 35 (197-269), СЧ 40 (207-285), СЧ 45 (229-289).

Серый чугун получают при добавлении в расплавленный металл веществ, способствующих распаду цементита и выделению углерода в виде графита. Для серого чугуна графитизатором является кремний. При введении в сплав кремния около 5% цементит серого чугуна практически полностью распадается и образуется структура из пластичной ферритной основы и включений графита. С уменьшением содержания кремния цементит, входящий в состав перлита, частично распадается и образуется ферритно-перлитная структура с включениями графита. При дальнейшем уменьшении содержания кремния формируется структура серого чугуна на перлитной основе с включениями графита.

Механические свойства серых чугунов зависят от металлической основы, а также формы и размеров включений графита. Наиболее прочными являются серые чугуны на перлитной основе, а наиболее пластичными —серые чугуны на ферритной основе. Поскольку графит имеет очень малую прочность и не имеет связи с металлической основой чугуна, полости, занятые графитом, можно рассматривать как пустоты, надрезы или трещины в металлической основе чугуна, которые значительно снижают его проч-ность и пластичность. Наибольшее снижение прочностных свойств вызывают включения графита в виде пластинок, наименьшее — включения точечной или шарообразной формы.

По физико-механическим характеристикам серые чугуны условно можно разделить на четыре группы: малой прочности, повышенной прочности, высокой прочности и со специальными свойствами.

Легированный серый чугун имеет мелкозернистую структуру и лучшее строение графита за счет присадки небольших количеств никеля и хрома, молибдена и иногда титана или меди.

Модифицированный серый чугун имеет однородное строение по сечению отливки и более мелкую завихренную форму графита. Химический состав шихты для изготовления модифицированного чугуна подбирают таким, чтобы обычный модифицированный чугун затвердевал бы в отливке с отбелом (т.е. белым или половинчатым). Модификаторы — ферросилиций, силикоалюминий, силикокальций и др. — добавляют в количестве 0,1 —0,3% от массы чугуна непосредственно в ковш во время его заполнения. В структуре отливок из модифицированного серого чугуна не содержится ледебуритного цементита. Вследствие малого количества вводимого в чугун модификатора его химический состав практически остается неизменным. Жидкий модифицированный чугун необходимо немедленно разливать в литейные формы, так как эффект модифицирования исчезает через 10—15 мин.

Высокопрочный чугун. Механические свойства высокопрочного чугуна позволяют применять его для изготовления деталей машин, работающих в тяжелых условиях, вместо поковок или отливок из стали. Из высокопрочного чугуна изготовляют детали прокатных станов, кузнеч но-прессового оборудования, паровых турбин (лопатки направляющего аппарата), тракторов, автомобилей (коленчатые валы, поршни) и др. Так, например, коленчатый вал легковой автомашины "Волга" изготовляют из высокопрочного чугуна следующего состава: 3,4-3,6% С; 1,8-2,2% Si; 0,96-1,2% Mn; 0,16-0,30% Cr; <0,01 % S; <0,06% P и 0,01-0,03% Mg. Низкое содержание серы и фосфора и небольшие пределы содержания других химических элементов обеспечиваются тем, что такой чугун выплавляют не в вагранке, а в электрической печи. После термической обработки механические свойства чугуна получаются весьма высокими: Ов= 620-650 МПа; §= 8-12 % и твердость НВ = 192-240.

Ковкий чугун. Ковкий чугун — условное название более пластичного чугуна по сравнению с серым. Ковкий чугун никогда не куют. Отливки из ковкого чугуна получают длительным отжигом отливок из белого чугуна с перлитнс-цементитной структурой. Толщина стенок отливки не должна превышать 40—50 мм. При отжиге цементит белого чугуна распадается с образованием графита хлопьевидной формы. У отливокс толщиной стенокболее 50 мм при отжиге будет образовываться нежелательный пластинчатый графит.

Ковкий чугун широко применяют в автомобильном, сельскохозяйственном и текстильном машиностроении. Из него изготовляют детали высокой прочности, способные воспринимать повторно-переменные и ударные нагрузки и работающие в условиях повышенного износа, такие как картер заднего моста, тормозные колодки, ступицы, пальцы режущих аппаратов сельскохозяйственных машин, шестерни, крючковые цепи и др. Широкое распространение ковкого чугуна, занимающего по механическим свойствам промежуточное положение между серым чугуном и сталью, обусловлено лучшими по сравнению со сталью литейными свойствами белого чугуна, что позволяет получать отливки сложной формы. Ковкий чугун характеризуется достаточно высокими антикоррозионными свойствами и хорошо работает в среде влажного воздуха, топочных газов и воды.

Чугуны со специальными свойствами. Такие чугуны используют в различных отраслях машиностроения тогда, когда отливка, кроме прочности, должна обладать теми или иными специфическими свойствами (износостойкостью, химической стойкостью, жаростойкостью и т. п.). Из большого количества чугунов со специальными свойствами приведем в качестве примеров следующие.

Магнитный чугун используют для изготовления корпусов электрических машин, рам, щитов и др. Для этой цели наилучшим является