Лекции / Лекция 2

вида связующего различают песчаники глинистые, известняковые, мергелистые, кремнезёмистые и др. Их свойства определяются видом природного связующего, характером сцепления и плотностью породы. Прочность песчаников колеблется в пределах от 1 до 150 МПа, плотность от 1900 до 2800 кг/м3, пористость – 0,7…7%, водопоглощение – 0,6…6%. Наибольшей прочностью обладают кремнезёмистые песчаники (до 250 МПа), наименьшей – глинистые. Песчаники бывают серого, зелёного, красного, жёлтого, коричневого и бурого цветов (рис. 2.27). При метаморфизме кремнезёмистый песчаник переходит в кварцит. Применяются песчаники для устройства полов промышленных зданий, тротуаров, в качестве облицовочного камня и заполнителей для бетона.

Рис. 2.27. Песчаник

Конгломераты и брекчии (рис. 2.28) состоят либо из сцементированных зёрен гравия (конгломераты), либо щебня (брекчии). Брекчии (от древнегерм. brecha – ломка) по способам образования могут быть вулканического, осадочного и тектонического происхождения. Конгломерат (от лат. Conglomero – собираю в тесную кучу) ‒ порода осадочного происхождения. Их прочность зависит от прочности входящих в их состав веществ и составляет от 100 до 160 МПа. Применяются в основном в виде щебня, бутового камня и как декоративные отделочные камни.

31

Рис. 2.28. Образцы конгломерата и брекчии

П р и м е ч а н и е ‒ Любопытно, что с древними конгломератами связаны мировые месторождения золота и урана. Например, знаменитое месторождение Витватерсранд в Трансваале (ЮАР) дает очень высокий процент золота, добываемого ежегодно в мире.

2.5. Метаморфические горные породы

Метаморфические (от греч. metamorfo – превращать) горные породы образовались в результате видоизменения или геологических преобразований магматических или осадочных горных пород под воздействием тектонических процессов, высокого давления, температуры, газов, водных минеральных растворов и возможных химических процессов. По структуре их подразделяют на массивные или зернистые (кварциты, мрамор) и сланцеватые (гнейсы, глинистые сланцы).

Гнейсы (от нем. Gneis) образовались из горных пород гранитного типа и некоторых осадочных (рис. 2.29). Состоят в основном из калиевого полевого шпата, кварца, плагиоклаза и темноцветных минералов. По цвету – светлоокрашенные, серые, красноватые и других оттенков. Текстура – полосчатая, сланцеватая, структура – полнокристаллическая, разнозернистая. Строение – слоистое, и поэтому легко раскалываются вдоль слоёв и с трудом в перпендикулярном направлении. По свойствам гнейсы близки к гранитам, но менее декоративны и менее долговечны. Плотность их составляет 2400...2800 кг/м3, а прочность 100…200 МПа. Используются для устройства фундаментов, в качестве щебня и облицовочного камня.

32

Рис. 2.29. Гнейсы

Сланцы характеризуются ориентированным расположением породообразующих минералов и способностью раскалываться на тонкие пластины или плитки толщиной 3…10 мм (рис. 2.30). Образовались в результате метаморфизма магматических и осадочных горных пород (сильно уплотнившихся глин). Имеют чёрный или тёмносерый цвет. Наибольшее применение в строительстве получили кремнистые и глинистые сланцы. Используются в наружной и внутренней облицовке стен, полов и в качестве кровельного материала (природный шифер).

Рис. 2.30. Сланцы

Кварциты – метаморфическая разновидность кремнезёмистых песчаников и других кремнистых отложений. Образовались в результате их перекристаллизации. Кварциты весьма прочные и плотные горные породы. Прочность на сжатие достигает 400 МПа, плотность 2800…3000 кг/м3, водопоглощение менее 0,2%. Обладают высокой твёрдостью, малой истираемостью и большой долговечностью – более 500 лет. Хорошо полируются. Бывают тёмно-вишнёвого, красного, лилового, белого, серого и зелёного цветов. Кварцит считается очень красивым камнем, особенно малиново-красные и темно-вишнёвые его разновидности. Используются для наружной облицовки монументальных зданий и других сооружений повышенной долговечности.

33

Разновидностью кварцита является яшма. Это очень богатый декоративный камень с узорчатым рисунком тёмно-красной, желтовато-зелёной или чёрной окраски. Используется в качестве прочного декоративного и поделочного материала.

Мрамор (marmaros в переводе с греческого означает «блестящий камень» и латинского «marmor» – каменная глыба) образовался в результате перекристаллизации известняков и доломитов под воздействием высоких температур и огромных давлений. Цвет и текстура мрамора определяются в основном сочетанием различных минералов и их распределением в массиве породы (рис. 2.31). Чистый белый мрамор более чем на 50% состоит из минерала кальцита и, если в породе содержится небольшое количество других минералов, мрамор имеет классический светлый оттенок от жемчужного до молочно-белого. В зависимости от содержания примесей он может быть самых разнообразных цветов и оттенков: золотисто-чёрный, сероватый, красный, коричневый, зелёный, голубой и др. Неравномерное распределение примесей в мраморе создаёт окраску с разными узорами и прожилками и повышает декоративные качества.

Отличительными особенностями мрамора являются высокие плотность (1900…2900 кг/м3) и прочность на сжатие (до 250 МПа), малое водопоглощение (до 0,7%) и небольшая твёрдость (3 – по шкале Мооса). Поэтому, мрамор легко поддаётся обработке: хорошо пилится на тонкие плиты, легко шлифуется и полируется.

П р и м е ч а н и е ‒ В природе имеется много разновидностей мрамора. Самые большие месторождения и наиболее дорогие породы располагаются в Италии.

Применяется мрамор в качестве строительного и декоративного материала для оформления интерьеров зданий и сооружений, внутренней облицовки стен, изготовления лестничных ступеней. Из мрамора производят сантехнику, столешницы, фонтанные композиции и другие изделия различного назначения. Отходы в виде крошки применяют для изготовления мозаичных полов, цветных штукатурок и облицовочного декоративного бетона. Для наружной облицовки мрамор применять, как правило, не рекомендуется, т.к. под воздействием влаги и других атмосферных факторов теряет со временем свои декоративные качества.

Асбест ‒ (греч. ἂσβεστος ‒ неразрушимый) название собирательное, объединяющее разные по химическому составу и минералогическому строению силикатные материалы тонковолокнистого строения. В природе встречается в виде нескольких разновидностей. Наибольшее применение в строительстве получил хризотил-асбест (белый асбест). Обладает способностью расщепляться на тонкие гибкие и эластичные волокна и распушаться в тонковолокнистую массу подобно льняной или хлопковой, пригодной для изготовления несгораемых тканей (рис. 2.32).

34

Рис. 2.31. Разновидности мрамора

35

Рис. 2.32. Асбест (горный лен), хризотил-асбест в породе и распушенный

Длина пучков волокон может достигать нескольких сантиметров, а диаметр не превышать 1 мм (до 0,0001 мм). Используется в асбестоцементной промышленности (кровельные материалы, трубопроводы) и в производстве теплоизоляционных материалов. Для изготовления асбестоцементных изделий применяют асбест с длиной волокон 2…8 мм.

2.6. Материалы и изделия из природного камня

П р и м е ч а н и е ‒ Все материалы и изделия, которые получают из горных пород, изучаются, как правило, в последующих лекциях. Общие сведения о материалах из природного камня и изделиях, получаемых в результате механической переработки, будут рассмотрены в этом разделе лекции.

Горные породы служат основной сырьевой базой для промышленности строительных материалов. Из них получают нерудные строительные материалы, минеральные вяжущие вещества, керамические материалы, строительное стекло, заполнители и наполнители для композиционных составов, в т. ч. бетонов и растворов, конструкционные и отделочные материалы и изделия специального назначения (теплоизоляционные, акустические, кислотостойкие и др.). Они могут применяться:

в естественном виде ‒ получаемые в результате только механической переработки без изменения состава и внутреннего строения, так называемые «каменные материалы и изделия»;

в качестве сырья для производства искусственных строительных материалов и изделий (обжиговые, безобжиговые и др.).

Каменные материалы и изделия, используемые в естественном виде, можно

условно разделить на три основные группы:

36

материалы, применяемые без обработки (ГОСТ 31426) – в исходном виде (валунный и булыжный камни, гравий, песок, песчано-гравийные смеси и др.);

изделия правильной геометрической формы, полученные непосредственно из горного массива (блоки, камни стеновые и др.);

облицовочные (декоративные) изделия (плиты, ступени, проступи, парапеты и др.).

Для оценки пригодности горной породы в качестве сырья для производства изделий предварительно проводят минералого-петрографические исследования (макро-

имикроскопические), определяют физико-механические и химические показатели горной породы, оценивают ее декоративность (цвет, текстуру и пригодность к полировке), радиационные характеристики, показатель технологичности и др. Затем по установленным показателям определяют область назначения горной породы. В зависимости от назначения и условий применения различают изделия, которые не несут существенной механической нагрузки (например, плиты для внутренней и внешней облицовки) и воспринимающие главным образом большие механические нагрузки, а также камни для сооружения крупных архитектурных декоративных деталей (пилоны, колонны) и монументальные памятники.

Блоки из горных пород (СТБ ЕН 771-6 и ГОСТ 9479) имеют форму прямоугольного параллелепипеда или близкую к нему с размерами от 0,4 до 3,5 м по длине и от 0,2 до 2,0 м по ширине и высоте (рис. 2.33). Получают их способом пиления или раскола из массивов горных пород, не тронутых выветриванием. Оценка блоков производится по внешним показателям, геометрическим параметрам и физикомеханическим характеристикам. На блоках не допускаются трещины с нарушением сплошности, ограничивается содержание контрастных прожилок, полос, каверн и пятен. Предназначаются такие блоки (полуфабрикаты) для изготовления облицовочных плит, архитектурно-строительных изделий, бортовых и брусчатых камней, заготовок для реставрационных работ и мемориальных изделий.

Стеновые камни (ГОСТ 4001) и блоки (ГОСТ 15884) получают, как правило, из пористых горных пород (пористых известняков, вулканического туфа и др.) плотностью 900…2200 кг/м3. Лицевая поверхность их должна отвечать требованиям декоративности, прочность на сжатие составлять 0,4…50 МПа, морозостойкость – не менее F15, коэффициент размягчения – 0,6…0,7. Правильную геометрическую форму им придают выпиливанием или раскалыванием массивов горных пород, а также путем отбора и доработки крупноглыбовых отходов камнедобычи. Размеры могут быть различны (от 195х190х188 мм до 490х240х188 мм), но, как правило, кратны единому строительному модулю 100 мм с учётом швов в кладке. Каждый такой стеновой камень заменяет 8…12 и более кирпичей. По назначению они могут быть рядовые и лицевые. Применяют их для кладки несущих стен малоэтажных зданий, декоративных стен, перегородок, колонн, элементов оград, декоративных заборов, пристроек к дому,

37

хозяйственных построек, опорных стен, парапетов и других частей зданий и сооружений, элементов ландшафтной и садово-парковой архитектуры.

Рис. 2.33. Блоки из горных пород

Природный камень для декоративно-облицовочных изделий подбирается с учётом назначения зданий и климатических условий, в которых будет находиться облицовка. Такими породами могут быть гранит, кварцит, диорит, сиенит, лабрадорит, габбро, мрамор, известняки, вулканические туфы, травертин, гипсовый камень, песчаники и др. Получают их, как правило, из уже заготовленных блоковполуфабрикатов путём распиливания (рамными, канатными, ленточными, дисковыми пилами) или раскалывания с последующей механической обработкой для придания определённой формы, размеров и фактуры лицевой поверхности.

Одним из важнейших признаков пригодности горной породы для использования в качестве декоративно-облицовочных изделий являются его художественноэстетические характеристики, объединяемые в понятие «декоративность». Под термином «декоративность» подразумевается совокупность свойств камня, включающих структуру, текстуру, фактуру, цвет, окраску, рисунок и др. В архитектурно-строительной практике с определенной долей условности принято в зависимости от перечисленных показателей (путем их суммирования по бальной системе) устанавливать класс декоративности облицовочного камня. Всего выделяется четыре класса декоративности (I…IV): высоко декоративные (I) – 32, декоративные (II)

– 23…32, мало декоративные (III) – 15…23 и не декоративные (IV) – менее 15 баллов. Декоративные качества горных пород наиболее полно раскрываются при фактурной обработке их лицевой поверхности (рис. 2.34).

38

Рис. 2.34. Типы фактур лицевой поверхности природного камня

Фактурная обработка поверхности камня производится чаще всего ударными и абразивными инструментами. В зависимости от желаемого декоративного эффекта и вида обработки можно получить следующие фактуры поверхности:

► ударной обработкой:

фактуру «скалы» – с крупными буграми и впадинами высотой рельефа до 5…15 см. Получают в результате скалывания кусков с обрабатываемой поверхности вручную или механическим путём;

рифлёную и бороздчатую (кованую) с правильным чередованием гребней и впадин глубиной от 0,5 до 2 мм;

точечную – равномерно шероховатую с точечными неровностями (выбоинами) рельефа до 2 мм;

с выступами и углублениями – при применении пневматического молота;

тёсаную – при применении зубчатого долота;

39

►абразивной обработкой:

пиленую – не подвергшуюся никакой обработке после распиливания камня алмазными дисковыми пилами с неровностями рельефа в пределах 2 мм;

шлифованную (грубо, средне и тонко шлифованную) – равномерно шероховатую со следами обработки абразивным инструментом и глубиной рельефа до 0,5 мм;

лощёную – гладкую бархатисто-матовую с выявленным рисунком и цветом камня, но не имеющую блеска;

полированную – гладкую с зеркальным блеском, полностью выявляющую цвет и текстуру камня.

П р и м е ч а н и е ‒ Фактура (от лат. facture – обработка, строение) лицевой поверхности – показатель, определяемый характером и высотой рельефа поверхности. Декоративность горной породы – совокупность художественно-эстетических свойств поверхности горной породы, оцениваемых по показателям полируемости, цвета, рисунка и структуры. Полируемость ‒ свойство горной породы приобретать зеркальную поверхность. Рисунок горной породы – совокупная характеристика, оцениваемая характером текстуры и структуры, расположением, конфигурацией и сочетанием различных цветов и оттенков, наличием прожилок и включений (ГОСТ 9479).

Фактурная обработка должна в наибольшей степени раскрывать цвет, кристаллическое строение и текстуру камня и в то же время способствовать наибольшей его сохранности в облицовке. Ударные фактуры (фактуры скалывания), выполняемые с помощью ручных, пневматических и других полумеханизированных инструментов, несколько разрушают поверхностный слой камня, понижают его морозостойкость и долговечность и поэтому должны применяться для твёрдых пород. Абразивные фактуры получают шлифованием и полированием пиленой поверхности камня. Они сглаживают поверхность камня, уменьшают его запыление, задерживают впитывание влаги и делают камень более долговечным.

Фактуру лицевой поверхности можно получать также с помощью ультразвука (с выявленным цветом и рисунком камня), термоинструментов (с получением шероховатой поверхности со следами шелушения), огневой (термической),

пескоструйной, водоструйной обработки, состариванием камня (с «античной» фактурной лицевой поверхностью). В этом случае выбоины и трещины выступают в роли элементов декора, придающего современному изделию вид антикварной редкости.

Качество готовых облицовочных изделий тоже оценивается декоративностью горной породы, показателями внешнего вида (фактурой и качеством лицевой поверхности, наличием повреждений углов, сколов, раковин, трещин), геометрическими размерами и формой (отклонением от геометрических размеров, плоскостности), физико-механическими характеристиками (ГОСТ 9479), долговечностью и др. Соответствие внешнему виду облицовочных изделий (общая окраска, рисунок прожилок, структура и характер поверхности) устанавливается по

40