2.2. Характеристика природних кам’яних матеріалів та їх добування

Природні камені поділяють за способом отримання, видами обробки, призначенням, щільністю.

Рваний та подрібнений камінь. Рваний бутовий камінь отримують шляхом вибухового висаджування гірської маси. Застосовують його для кладки фундаментів, у шляховому будівництві, при зведенні стін нежитлових будівель, для кріплення земляних укосів тощо. Розміри шматків бутового каменя 150...500 мм. Його отримують як із щільних гірських порід з марками за міцністю від 100 до 1400 і морозостійкістю до 300 циклів, так і з пористих з марками за міцністю 25...100, морозостійкістю 15 циклів.

Подрібнений камінь випускають у вигляді щебеню, крихти, штучного піску та застосовують в основному як заповнювач бетонів.

Після просіювання піщано-гравійних сумішей отримують сортований матеріал – пісок і гравій, а після тонкого помелу гірських порід – мелений (мінеральний порошок, вапнякова мука).

Пісок, щебінь, гравій та бутовий камінь належать до групи нерудних будівельних матеріалів, які мають неправильну довільну форму.

При отриманні рваного і подрібненого каменю розробку масивних порід проводять у відкритих кар’єрах буро-вибуховим способом, коли від масиву відділяються глиби і піддають подальшому подрібненню до заданих розмірів. Подрібнення здійснюють у одну або декілька стадій на щокових, конусних дробарках або дробарках ударної дії із сортуванням на фракції, наприклад для щебеню 5...20, 20...40, 40...70 мм (рис. 2.2). Форма щебеню залежить від особливостей дробарок, структури та текстури гірської породи (рис. 2.3). Так, вміст плоских (пластинчастих) шматків при подрібненні крупнозернистих порід може бути вдвічі меншим, ніж при подрібненні дрібнозернистих та скловидних. При подрібненні на дробарках ударної дії збільшується вихід зернин, близьких до кубічної форми. Для покращання властивостей кам’яних матеріалів їх очищують від забруднення, збагачують б ільш міцними зернами з поліпшеною формою та поверхнею.

Штучний камінь. Промисловість нерудних матеріалів випускає також штучний камінь правильної форми – стінові (пиляні) блоки, лицювальні плити, дорожні та спеціальні (жаростійкі, луго- і кислотостійкі) вироби.

Стінові камені нарізають із легких пористих гірських порід (вапняків, черепашників, туфів) з середньою густиною не більш 2100 кг/м³ за допомогою каменерізальних машин. Звичайні розміри стінового каменю – довжина 390, 490 мм, ширина 190, 240 мм, висота 188 мм, але виготовляють також і крупні стінові блоки довжиною 500...3020, шириною 400...500, висотою 820...1000 мм. Марки за міцністю при стисканні коливаються від 4 до 400. Водопоглинання повинно бути не більш 30% (для туфу 50%), коефіцієнт розм’якшення – не менш 0,6, морозостійкість – 15 циклів.

Лицювальні плити для зовнішнього лицювання будівель і споруд найбільш часто застосовують із граніту та близьких до нього порід – лабрадориту, мармуру, кварциту, а для внутрішнього лицювання – із менш твердих порід – мармуру, вапняку, гіпсу. Плити товщиною від 15 до 140 мм отримують шляхом розпилювання блоків та обробки поверхні до певної фактури. Можливі фактури сколювання (рифлена термострумінна, точкова, борознами) та абразивна (полірована, шліфована, пиляна).

До дорожніх кам’яних матеріалів належать колотий, булижний, бортовий камінь, бруківка. Бруківку отримують із вивержених гірських порід, стійких проти удару і стирання, з границею міцності при стисканні не менш 100 МПа у вигляді брусків довжиною 15...25, шириною 9...15, висотою 10...15 см. Її застосовують для улаштування дорожнього покриття і смуг кріплення на автомобільних дорогах. Колотий і булижний камінь застосовують для улаштування доріг ІV-V категорій, кріплення укосів, земляних споруд тощо. Бортовий камінь призначається для відокремлювання проїжджої частини вулиць і доріг від тротуарів і майданчиків. Як і інші дорожні камені, його виготовляють із високоміцних гірських порід, які мають морозостійкість не менш 50...100 циклів.

Вимоги до кам’яних матеріалів для будівництва. У будівництві застосовують як рваний та подрібнений камінь, так і штучні вироби, які виготовляють із вивержених, осадових і метаморфічних порід високої міцності, водо- та морозостійких.

Природні камені поділяють: за середньою густиною в сухому стані на важкі ρ_о > 1800 кг/м³, середні ρ_о = 1500...1800 кг/м³ і легкі ρ_о = 1000...1500 кг/м³; за міцністю при стисканні на низькоміцні з границею міцності 2,5...10 МПа, середньої міцності – 15...40 МПа та високоміцні – 50 МПа та більше (таблиця 2.2.).

Таблиця 2.2. Основні характеристики кам’яних матеріалів,

які застосовують у будівництві

Порода	Марка каменю за міцністю при стисканні, МПа	Середня густина, кг/м3, не менше	Коефіцієнт розм’як-шення	Водопоглинання, %, не більше
Камені низькоміцні
Вапняк	25	1400	0,6	6
	35	1500
	50	1500
	75	1600
	100	1600
Камені середньої міцності
Вапняк, піщаник	150	1800	0,75	2
	200	1900
	300	2100
	400	2100
Камені високоміцні
Вапняк, доломіт, піщаник	500	2200	0,75
	600	2300
	900	2400
	1000	2500
Граніт, діорит, габро,	1000 та більше	2500 та більше	0,9
Базальт	500	2300 та більше		0,5
	600
	800
Діабаз	1000 та більше	2900 та більше

Механічні властивості природного каменю визначають на зразках циліндричної або кубічної форми, які мають діаметр або довжину ребра 50 мм (для низькоміцних порід 100 мм).

Для щебеню і гравію марку вихідної породи орієнтовно можна визначити за показником здатності до подрібнення (подрібнювальності):

де m – маса проби, кг; m₁ – залишок на контрольному ситі з розміром комірок, що в чотири рази менші нижнього розміру фракції, кг.

Марка каменя з морозостійкості – 25, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 500. Для районів з особливо суворими умовами та в зоні змінного рівня води для гідротехнічних споруд рекомендується камінь з морозостійкістю не менш 100, а для надводних зон – 50...100. У районах з помірними і суворими умовами необхідна морозостійкість каменя знижується відповідно на одну марку.

Для зведення гребель застосовують валуни, рваний та булижний камінь, які накидають у споруду, а порожнини між крупним камінням заповнюють щебенем та гравієм. Опір каменя стисканню після 25 циклів заморожування-відтанення повинен бути 50...60 МПа для гребель висотою до 15 м, а для більш високих гребель – 70...80 МПа. Коефіцієнт розм’якшення каменя, який знаходиться нижче поверхні води (або в зоні змінної її дії) повинен бути для вивержених і метаморфічних порід не менш 0,9, осадових – 0,8. Не допускається застосування каменя із прошарками м’яких, розмокаючих порід та з ознаками вивітрювання.

При використанні каменя для виготовлення лицювальних матеріалів (плит, плиток) необхідно враховувати його стиранність та опір ударній дії.

Захист кам’яних матеріалів від вивітрювання. Вивітрюванням називають руйнування гірських порід під впливом змінного зволоження й висихання, заморожування й від-таювання, нагріву й охолодження, хімічної взаємодії агресивного середовища з окремими компонентами каменя. Стійкість кам’яних матеріалів проти вивітрювання залежить від їх мінералогічного складу та структурно-текстурних особливостей. До мінералів, які є нестійкими до хімічного вивітрювання, можна віднести польові шпати, слюду, пірит, кальцит, доломіт, гіпс та інші. Стійкість проти фізичного вивітрювання, у першу чергу опору дії замерзаючої води, залежить від пористості породи та кількості тріщин. Більш здатні до вивітрювання породи крупнозернистої та порфірової структури.

Розрізняють хімічні та конструктивні способи захисту від вивітрювання. До хімічних способів захисту належить обробка природного каменю із карбонатних гірських порід (мармур, вапняк, доломіт) флюатами – солями кремнефтористоводневої кислоти. В результаті утворюються нерозчинні сполуки фтористого кальцію, магнію, кремневої кислоти, які ущільнюють поверхневий шар матеріалу.

Поверхні природних кам’яних матеріалів ущільнюються також просоченням їх розчинним склом та хлористим кальцієм, а також іншими речовинами, в результаті чого утворюються нерозчинні сполуки, які закупорюють пори. Ефективним захистом кам’яних матеріалів від води є гідрофобізація їх водневими розчинами кремнійорганічних сполук й обробка іншими полімерними сполуками.

Конструктивні способи захисту від вивітрювання полягають в тому, що виробам із природного каменя надають певну форму, котра не сприяє затриманню води на їх поверхні.