m33170

Бортовые камни, служащие для отделения проезжей части от тротуаров, изготавливают главным образом из гранита и сиенита. Они представляют собой прямоугольные параллелепипеды длиной 1000–2000 мм, высотой 300–400 мм и шириной 100–200 мм.

Брусчатка – колотые или тесаные камни из изверженных или плотных осадочных пород, имеющие форму параллелепипеда. Применяют ее для мощения городских улиц, площадей, заполнения трамвайных путей.

2.3.2. Жаростойкие и химически стойкие материалы и изделия

Для облицовки конструкций и аппаратов, работающих при высоких температурах, применяют изделия из базальта, диабаза, туфа и хромита. Для защиты от действия кислот используют гранит, сиенит, базальт, кварцит, а от воздействия щелочей – карбонатные породы: плотные известняки, магнезиты, доломиты, мрамор.

Обязательное требование к породам, применяемым для защиты от агрессивных жидкостей – высокая плотность, т.е. минимальные водопоглощение и водопроницаемость. Средняя плотность осадочных горных пород, используемых для этих целей, должна быть не ниже 2300 кг/м3 при водопоглощении менее 2%, а изверженных – 2400 кг/м3 и 1% соответственно. Коэффициент размягчения для всех видов пород должен быть не менее 0,8.

2.4. Технология получения строительных материалов из горных пород

Все каменные материалы, используемые в строительстве, можно разделить на две основные группы: применяемые в первоначальном виде и 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 промывки, природный гравий – в первоначальном виде или после измельчения и сортировки для получения зерен определенных фракций.

Комплекс работ по добыче каменных материалов называется горными работами. Разрабатываемые месторождения носят

41

название карьеров. Различают карьеры коренных месторождений, в которых разрабатывают сплошные массивы горных пород (граниты, известняки и т.д.), и карьеры рыхлых горных пород (песок, гравий, глины, валунный камень).

Последовательность операций при разработке карьеров следующая:

1)планировка местности с обязательным отводом атмосферных осадков и грунтовых вод;

2)вскрышные работы – удаление пустой породы;

3)разработка и удаление на специальные площадки выветрившихся в верхнем слое пород;

4)отделение монолитов от массива и передача их к месту

дополнительной обработки;

5)разделка монолитов на глыбы нужных размеров или переработка в определенный вид продукции;

6)сортировка готовой продукции;

7)транспортировка готовой продукции к местам отгрузки. Вскрышные работы производят бульдозерами и экскавато-

рами большой мощности. Там, где горные породы имеют значительную трещиноватость, возможно применение экскаваторов. Массивные горные породы можно разрабатывать несколькими методами в зависимости от вида получаемых материалов и твердости породы.

В камнеобрабатывающей промышленности принята следующая классификация горных пород:

–твердые породы – породы, в состав которых входят материалы с твердостью 6–7 (кварцит, гранит, габбро, лабрадорит);

–средние породы имеют твердость не выше 5. К ним относят мрамор, плотные известняки, доломиты и т.д.;

–мягкие породы – сравнительно небольшая группа горных

пород с твердостью 2–3 (гипс, известняк-ракушечник, ангидрит и т.д.).

Средние и мягкие породы добывают в карьерах с помощью камнерезных машин, снабженных твердосплавными дисковыми или цепными пилами (рис.7).

В ряде случаев для вырезки блоков из пород средней твердости применяют дисковые и цепные пилы с алмазными режущими насадками.

42

полотнами, под которые подсыпается абразивный материал. В последнее время стали широко применять алмазы.

Кроме резания для получения облицовочных плит применяют метод раскалывания на специальных станках.

При добыче рыхлых нерудных материалов и проведении вскрышных работ можно использовать гидромеханизированный способ. Он обеспечивает комплексное и непрерывное выполнение операций по разработке и транспортированию материалов. Сущность гидромеханизированного способа заключается в том, что разрабатываемая порода отделяется от массива, рыхлится и транспортируется динамическим действием воды, подаваемой к забою гидромониторами со скоростью 90 м/с под напором до 1,1 МПа. Возможны два варианта размещения гидромониторов в забое – встречный и попутный. Первый вариант более производительный.

Одним из вариантов гидромеханизации является разработка обводненных месторождений плавающими снарядами (землесосными, грейферными, черпаковыми). Применяют их в тех случаях, когда использование сухих способов добычи невозможно.

Основная масса горных пород используется для получения щебня. Горные породы подвергаются дроблению, полученная масса рассеивается на фракции 5(3)–10; 10–20; 20–40; 40–70(80)

мм и используется для изготовления оснований автомобильных дорог и в качестве полуфабриката для изготовления цементобетонных и железобетонных изделий.

Для дробления горных пород используют: щековые дробилки со степенью измельчения 5–6; конусные дробилки со степенью измельчения 5–10; дробилки ударного действия (молотковые и роторные) со степенью измельчения 10–20; ударно-отража- тельные дробилки со степенью измельчения 40–50; валковые дробилки для получения щебня мелких фракций (рис. 8).

Отходы от переработки декоративных горных пород также широко используют в строительстве. Мелкие фракции 5(3)–20 мм дробленых отходов декоративных пород используют для создания отделочного слоя на бетонных стеновых панелях. Дробленые мраморные отходы применяют для изготовления монолитного бетона и мозаичных плит, для полов, лестниц и т.д.

44

3) аппаратов и машин, в которых диспергация глины осуществляется за счет ультразвука.

Наибольшее распространение для промывки строительных материалов получили барабанные промывочные машины, наклонные лопастные двухвальные корытные мойки и вибрационные промывочные машины.

2.5. Защита каменных материалов от воздействия окружающей среды

Каменные материалы в процессе эксплуатации непрерывно подвергаются воздействию окружающей среды. Факторы, вызывающие разрушения природных материалов от действия окружающей среды, могут быть физико-механические и физикохимические.

Среди физико-механических воздействий представляет опасность совместное воздействие мороза и воды. Осадочные горные породы (известняки, доломиты) имеют поры, поэтому их перед использованием необходимо проверять на морозостойкость. Что же касается изверженных горных пород, то благодаря отсутствию в них пор они, как правило, имеют высокую морозостойкость. Однако если их обработка производилась ударным способом, то на поверхности камня появляются мельчайшие трещины, которые при попадании в них воды могут стать причиной начала разрушения. Поэтому для придания большей стойкости облицовочному камню его поверхность делают полированной.

Причиной разрушения каменных материалов в результате

физико-химических воздействий являются вредные выбросы в атмосферу от промышленных предприятий и автотранспорта, создающие в городах довольно высокую концентрацию кислотных окислов (SO2, SO3, NO2). Эти окислы, образуя с атмосферной влагой кислоты, вызывают коррозию. Особенно это опасно для карбонатных пород (известняка, мрамора). Лишайники и мхи, растущие на камне, извлекают для питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие биологическое разрушение камня.

Правильное и своевременное применение защитных мер повышает срок службы каменных материалов, сохраняет их де-

46

коративные качества и естественную окраску на долгое время. Выбор защитных мероприятий зависит от особенностей каменного материала и условий его работы. Чем больше пористость материала, тем сильнее на него воздействуют факторы разрушения.

Самый надежный способ защиты строительных материалов от разрушения – исключение возможности проникания в них во-

ды. К конструктивным мероприятиям относят применение ма-

териалов с полированной поверхностью, обеспечивающей быстрый сток воды. При полировке поры заполняются мельчайшими частицами материала, делая их недоступными для влаги и газов.

Широкое применение для защиты материалов нашло оштукатуривание поверхности цементно-песчаными и специальными растворами. В некоторых случаях изделия из природных каменных материалов и конструкций, эксплуатируемых внутри помещений, оклеивают полимерными пленками (полиэтиленов, полипропиленов) или покрывают лакокрасочными составами.

К химическим способам защиты относят уплотнение поверхности материала путем пропитки растворами веществ, вступающих в химическое взаимодействие с минералом камня, при котором растворимое вещество переходит в нерастворимое состояние. Применяют при этом соли кремнефтористоводородной кислоты. Такой метод защиты называют флюатированием. Взаимодействие солей с минералами, образующими известняковые породы, выражают уравнением:

2СаСО3 + МgSiF6 = 2CaF2 + MgF2 + SiO2 + 2CaO.

В результате в порах камня и на его поверхности выделяются нерастворимые вещества, состоящие из CaF2, MgF2 и SiO2. Они повышают не только прочность и морозостойкость камня, но и его стойкость к воздействию химических факторов.

Породы с крупными порами или с малым содержанием углекислого кальция обрабатывают методом аванфлюатирования, т.е. предварительного пропитывания раствором хлористого кальция и после просушки - раствором соды. Образование карбоната кальция происходит по реакции:

CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl.

47

После этого производят флюатирование поверхности. Идея кремнефторизации камней принадлежит Д.И. Менде-

лееву, а способы применения ее в строительстве разработаны Н.А. Белелюбским.

Нами для повышения прочности поверхностного слоя предложен способ пропитки пульпой гипохлорита кальция, основанный на образовании нерастворимых комплексных солей типа

Ca(ClO)2 · 2Ca(OH)2 и 3Ca(ClO)2 · 2Ca(OH).

Такая пропитка увеличивает стойкость поверхностного слоя в условиях воздействия солей и знакопеременных температур вследствие закупорки открытых пор нерастворимыми комплексными солями.

Физико-химические методы защиты природного камня сводятся к гидрофобизации его поверхности кремнийорганическими жидкостями, уплотнению поверхностного слоя камня путем пропитки полимерами (например, раствором мочевиноформальдегидной смолы, полимерными эмульсиями или другими водостойкими веществами, заполняющими поры камня).

3.ИССКУСТВЕННЫЕ ОБЖИГОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ИИЗДЕЛИЯ

3.1. Общие сведения о керамических материалах

Керамическими называют искусственные каменные материалы, изготовляемые из глин или их смесей с минеральными и органическими добавками путем формования и последующего обжига. Материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, в технологии керамики называют керамическим черепком. По структуре керамические изделия делят на две группы - пористые и плотные. Первые характеризуются водопоглощением выше 5%, вторые – ниже 5%. К пористым изделиям относят кирпич глиняный обыкновенный, пористый и пустотелый, пустотные стеновые камни, кровельную черепицу, облицовочные плитки и трубы, к плотным изделиям – плитки для полов, дорожный кирпич.

Высокая прочность, долговечность и большой ассортимент изделий дают возможность широко использовать их при строительстве во всех частях зданий – от фундамента до кровли. Керамические изделия, обладая рядом положительных качеств, имеют

48

один существенный недостаток – повышенную по сравнению с другими материалами хрупкость.

По конструктивному назначению различают керамические изделия: для стен (кирпич и керамические камни), облицовки фасадов (лицевой кирпич, камни, плитки), внутренней облицовки стен и полов (плитки облицовочные), перекрытий (пустотелые камни), кровли (черепица), санитарных коммуникаций (дорожный кирпич, трубы, санитарно-технические изделия), теплоизоляции (легкий кирпич, керамзит, аглопорит).

3.2. Сырье для производства керамических изделий

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

Глины представляют собой осадочные горные породы тонкоземлистого строения, которые независимо от минералогического и химического состава способны при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, переходящее после обжига в водостойкое и прочное камневидное тело. Образовавшись в результате выветривания полеватошпатовых пород, глины состоят из смеси различных глинистых минералов, представляющих собой водные алюмосиликаты со слоистой кристаллической структурой:

каолинит - Аl2О3 × 2SiO2 × 2H2O; галлуазит - Аl2О3 × 2SiO2 × 4H2O; монтмориллонит - Аl2О3 × 4SiO2 × пH2O;

бейделлит - Аl 2О3 × 3SiO2 × пH 2O.

Наряду с глинистыми минералами в глинах встречаются кварц, полевой шпат, гидраты окислов железа, карбонаты кальция и магния, органические примеси.

Характерные для глин высокая пластичность и связующая способность обусловлены наличием в них очень мелких частиц пластинчатой формы размером менее 0,005 мм. Эти частицы называют глинистым веществом.

49

Керамические свойства глин характеризуют пластичностью, связностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.

Пластичностью глин называют способность глиняного теста деформироваться под влиянием внешних механических воздействий без нарушения сплошности (без разрывов или образования трещин) и сохранять полученную форму после прекращения этих воздействий. На этом свойстве и основана возможность формования глиняных изделий.

По степени пластичности глины подразделяются на высокопластичные, имеющие водопотребность более 28% с воздушной усадкой 10–15%, средней пластичности – водопотребность 20–28% и с воздушной усадкой 7–10% и малопластичные – водопотребность менее 20% и с воздушной усадкой 5–7%. Пластичность глин можно повышать добавлением более пластичных глин, а также путем отмучивания, т.е. освобождением глины от примесей песка. Понизить пластичность глин можно добавлением отощающих добавок.

Пластичность глин зависит от гранулометрического состава: чем больше содержание глинистых частиц (мельче 0,001 мм), тем выше пластичность. В состав глин входят различные по крупности частицы: от 5 до 0,16 мм – песчаные фракции, от 0,16 до 0,005 мм – пылевидные фракции и менее 0,005 мм – глинистые фракции. Огнеупорные глины являются высокодисперсными – содержание фракций мельче 0,001 мм составляет 60–80%. В легкоплавких глинах преобладают фракции от 0,01 до 0,001 мм.

Связность и связующая способность. Усилие, необходи-

мое для разъединения частиц глины, характеризует ее связность. Связующая способность глины выражается в том, что глина может связывать частицы непластичных материалов (песка, шамота и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие (сырец).

Воздушной усадкой глины называют уменьшение ее объема при сушке отформованных изделий в условиях нормальной температуры воздуха вследствие удаления из нее воды и сближения глинистых частиц. Воздушная усадка глин колеблется в пределах

4–15%.

50