книги из ГПНТБ / Слободяник И.Я. Строительные материалы и изделия учебник
.pdfД и а т о м и т — легкая, рыхлая, преимущественно белая горная порода, состоящая в основном из водного аморфного кремнезема. Эту породу иногда называют инфузорной землей, горной мукой, кизельгуром.
В аморфном состоянии кремнезем отличается от обычного кри сталлического кремнезема большей химической активностью и способностью вступать во взаимодействие в присутствии воды с гидратом окиси кальция даже при нормальном температурном ре жиме. Образовался диатомит из скоплений скелетов морских водо рослей — диатомей, радиолярий и губок.
Т р е п е л состоит из мельчайших частичек аморфного кремне зема в виде шариков опала и телец халцедона.
Диатомит и трепел имеют примерно одинаковый химический состав. Плотность их (2,0 -ь 2,4) 103 кг/м3. Объемная масса 400— 1200 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,09—0,16 ѳт/м ■град, температура плавления 1450—1610° С. Количество Si02 в трепелах и диатомитах достигает 70—95%. Примесями в них являются окис лы железа, марганца, глинозем.
Месторождения диатомитов и трепелов в СССР весьма распро странены. На Украине известны месторождения трепелов и диато митов в районе Приднестровья, в Кировоградской и Днепропетров ской областях, Донбассе и др.
Диатомиты и трепелы широко применяют в строительстве и промышленности в качестве добавок к цементам, легких засыпок для конструкций, как сырье для диатомито-трепельного кирпича и других теплоизоляционных изделий.
О п о к а — уплотненная и сцементированная |
кремнистым ве |
ществом разновидность диатомито-трепельных |
пород. Объемная |
масса опок 600—1500 кг/м3. Предел прочности при сжатии (50 -г- -Н50) ІО5 н/м2. Встречаются опоки и известняково-кремнистого состава. Опоку применяют в качестве стенового камня и заполни теля для легких бетонов в сыром или обожженном виде. В УССР опоки залегают большими массивами в Могилев-Подольском ра йоне (Приднестровье), возле Николаева, Харькова, Луганска и др.
У г л е р о д и с т ы е |
п о р о д ы |
(нефть, природный битум, би |
||
туминозные породы, уголь, торф) |
служат при комплексном исполь |
|||
зовании для получения |
органических |
вяжущих |
(битума, дегтя, |
|
пека, смолы). Озокерит, называемый |
горным |
воском, является |
||
сырьем для получения мастик и др. |
|
|
Торф в зависимости от вида применяют для получения изоля ционных материалов (торф сфагнумовый), из обычного торфа полу чают торфяные смолы. Твердые остатки при сжигании топлив используют при изготовлении растворов и бетонов.
Метаморфические породы. Изверженные и осадочные породы под влиянием различных физико-химических и механических про цессов (контактного воздействия изверженных пород, тектониче ских процессов, влияния газов, температуры, высокого давления и др.) образуют видоизмененные породы, называемые метаморфиче скими. Некоторые из них под воздействием высоких давлений,
направленных перпендикулярно к наслоениям, приобретают слан цеватое слоистое строение. Метаморфические породы встречают ся в виде кристаллических, массивных разновидностей и сланцева тых. Часто они сохраняют остатки структуры первичных пород. К метаморфическим горным породам относят гнейсы, различные сланцы, мраморы, кварциты, асбест и др.
Г и е й с ы являются породой сланцеватого строения. По мине ралогическому составу они аналогичны граниту. Объемная масса гнейсов 2400—2800 кг/м3. Предел прочности при сжатии (1200-ь -ь 2000) ІО5 н/м2. Гнейсы применяют в виде бута, щебня для бетона, плит для тротуаров и др.
Разновидностью гнейсов являются м а г м а т и т ы , образовав шиеся путем проникновения магмы между отдельными слоями осадочных пород вдоль плоскостей сланцеватости.
С л а н ц ы представляют собой горные породы с характерным ориентированным расположением слагающих их минералов, что обусловливает их сланцевую структуру. Образуются они из извер женных и осадочных пород. Разновидностей сланцев много. Из них для строительства имеют в основном значение глинистые, тальковые, горючие сланцы.
Глинистые сланцы состоят из субмикроскопических обломков кварцевых зерен, слюды и глинистого вещества. Цвет их чаще всего серый; встречаются сланцы и более темных (до сине-черного) цветов. Глинистый сланец раскалывается на тонкие пластинки тол щиной 3—10 мм. Такие пластинки являются долговечным кровель ным и облицовочным материалом в малоэтажном строительстве. Пластинки из сланца можно применять для изготовления электро изоляционных щитков. Месторождения таких сланцев известны на Кавказе и на Украине в районе Кривого Рога.
Отходы глинистых сланцев являются хорошим сырьем для по лучения вспученных заполнителей.
Тальковые сланцы — мягкая порода (твердость 1—2), жирная па ощупь, бледно-зеленоватого цвета, состоящая в основном из талька и кварца, хлорита, слюды и др. Тальковые сланцы обладают огне упорностью и используются в качестве сырья в керамической промышленности и огнеупора для футеровки промышленных печей.
Встречаются в природе также сланцы, содержащие органиче ские соединения (менилитовые сланцы Прикарпатья, горючие сланцы Эстонии и др.).
Менилитовые сланцы представляют собой породу, состоящую из 45—55% аморфного кремнезема, 25—35% органических высоко молекулярных веществ и глинистого вещества. Встречаются мени литовые сланцы в Закарпатье в виде толстослоистых и мелкопла стинчатых образований. Они могут быть использованы после вы деления из них летучих веществ для получения легких заполнителей (путем вспучивания), называемых карпазитом.
Горючие сланцы Эстонии по составу приближаются к менилитовым. Из них при комплексной переработке получают для строи тельства цемент, клей,-ячеистый материал — кукермит.
М р а м о р — плотная зернистая порода, состоящая в основном из зерен кальцита и являющаяся продуктом перекристаллизации различных известняков (доломитов) под влиянием высокой темпе ратуры или большого давления. В состав мрамора иногда входят углекислый магний и примеси марганца, железа и углеродистых веществ, окрашивающих мрамор в различные цвета. Твердость мрамора 3—4, плотность (2,7 ~ 2,9) ІО3 кг/м3, предел прочности при сжатии (800-г-3000) ІО5 н/м2, водопоглощенпе незначительное.
Мрамор хорошо обрабатывается, шлифуется и полируется, но легко разрушается кислотами, малоустойчив по отношению к сер нистому газу, углекислым водам. Применяют его для внутренней облицовки стен, для изготовления лестничных ступеней, плиток полов, а также как заполнитель в мозаичных бетонах. Мрамор неэлектропроводен, применяется для изготовления электрощитов и др. Полупрозрачный мрамор называют о н и к с о м.
В Советском Союзе имеются богатейшие запасы красивых мра моров, которыми оформлены интерьеры лучших сооружений. Наиболее известны месторождения мраморов на Урале, в Грузии, Армении, Азербайджане. Крупные месторождения цветных мрамо ров находятся в Закарпатье (Деловое, Новоселнца, Хорнвское, Большая Уголька и др.), в Крыму (Мраморское, Кадыковское, Гаспринское и др.). Большой интерес представляют недавно от крытые на Украине месторождения белых мраморов в районе Ста вши Житомирской области. Мрамор украинских месторождений применяют для .отделки станций метрополитенов и других обще ственных зданий и сооружений.
К в а р ц и т — метаморфическая плотная порода, состоящая из перекристаллизованных зерен кварца, сцементированных кремнезе мом в сплошную массу. Текстура однородная. Применяют кварцит как сырье в промышленности огнеупоров для изготовления динаса. Кварцит может содержать в небольшом количестве примеси, кото рые окрашивают его в различные цвета и оттенки.
Кварцит является хорошим облицовочным материалом.
А с б е с т является волокнистой разновидностью водных сили катов магния. Отличительная особенность асбеста — возможность расщепления на тончайшие, гибкие, эластичные волокна. Асбест негорюч, щелочестоек, волокна его обладают адсорбционными свой ствами, способностью связываться с цементом, низкой теплопро водностью в распушенном состоянии и т. д.
Различают в основном два вида асбеста: хризотиловый, или змеевиковый, и амфибол-асбест. Хризотиловый асбест обладает высокой щелочестойкостью, но слабой кислотостойкостью; амфи бол-асбест более кислотостоек.
Асбест применяют в строительной промышленности для изготовле ния асбестоцементных изделий, асбестового картона, в производстве тепло- и гидроизоляционных материалов, а также для изготовления несгораемых тканей и др. Некоторые декоративные осадочные и ме таморфические породы приведены на цветной вклейке.
Советский Союз располагает самой крупной в мире сырьевой базой хризотил-асбеста: Баженовское (Свердловская область), Джетыгринское, Киембайское (Восточный склон Южного Урала), Актовракское, Ильчирское, Молодежное (Бурятская АССР) и др.
При получении асбеста остается много породы, которую мож но использовать в строительстве. Щебень и песок, получаемый при обогащении асбеста сухим способом, используются в качестве крупного и мелкого заполнителей в бетонах. Характерной особен ностью асбестового щебня является своеобразная форма, близкая к окатанным кубам, и шероховатая поверхность. Благодаря этому бетонная смесь на таком щебне более удобоукладываема, чем смесь на гранитном щебне, а цейент прочнее связывает щебень.
По пределу прочности при сжатии исходной породы щебень относится к марке 1000.
§ 11. Самоцветные и поделочные камни
Кроме ценных пород, используемых для облицовки (лабрадориты, мраморы, порфирита, брекчиевидные граниты, цветные квар циты), в различных районах СССР известны месторождения само цветных и поделочных камней, применяемых для отделки интерье ров зданий: топаза, берилла, аквамарина, горного хрусталя и его разновидностей (аметиста, цитрина), мориона, опала, окремненных разновидностей асбеста, граната, янтаря, яшмы, родонита, халцедона, обсидиана.
Ведущее место в мире по добыче редких по окраске кристал лов топаза занимает Украина. Горный хрусталь и его разновид ности — аметист и цитрин — встречаются на Украине в пределах украинского кристаллического щита, в Донбассе, Карпатах. Гор ный хрусталь и его различные пестроокрашенные окремненные разновидности добывают на Урале, в Крыму.
Опалы и полуопалы буровато-желтой, голубоватой и молочнобелой окраски встречаются на Урале, недавно они найдены в Вин ницкой и Житомирской областях. Полуопалы также встречаются в окрестностях Ужгорода, Мукачева.
Окремненные разновидности асбеста (соколиный, кошачий и тигровый глаз) оранжево-желтого, голубовато-синего, сероватого цветов встречаются на Урале, в Донбассе.
Гранаты широко распространены среди пород украинского кристаллического щита, 'на Побужье, Волыни, в Приазовье, За карпатье.
Янтарь (минерал органического происхождения) встречается в ряде пунктов Украины и в Прибалтике. Относительно крупные скопления его известны в окрестностях Киева на правом берегу Днепра.
Яшмы и яшмовидные породы, пестроцветные и окрашенные в зеленый и красный цвета, встречаются на Урале, на Карадаге в Крыму, на Волыни в районах Белокоровичей, в пределах Берегов ского холмогорья и в других пунктах Закарпатья.
Родонит известен в районе Чивчинских гор Карпат и представ ляет собой мелкозернистые породы, неравномерно окрашенные в бежевый, сероватый или коричневый цвета.
Халцедоны разных цветов известны на Урале, в Крыму, на Житомирщине. Кремень, как разновидность халцедона, встречает ся в больших количествах в различных пунктах Украины. По цве ту преобладают две разновидности халцедона: небесно-голубой и розово-красный (сердолик).
Опалолиты и черные обсидиаиы встречаются среди вулканоген ных пород Закарпатья.
Самоцветные и поделочные камни применяются не только в ка честве интерьерных материалов общественных зданий, но и в раз личных областях техники (в качестве абразивного материала, опор осей точных механизмов и др.).
§ 12. Требования к основным материалам и изделиям из каменных пород
Показателями оценки качества материалов и изделий из каменных горных пород являются марка камня, объемная масса, морозостой кость, водопоглощение, степень декоративности, степень обрабаты ваемости и др.
Природные каменные строительные материалы различают:
по показателям объемной массы— легкие |
(объемная |
масса до |
|||
2200 кг/м3) и тяжелые (объемная масса более 2200 кг/м3)\ |
|
||||
по пределу прочности при сжатии — камни из |
тяжелых пород |
||||
(марки 100, 125, |
150, 200, 300, 400, 500, |
600, |
800, |
1000 и |
более) и |
камни из легких пород (марки 4, 7, 10, |
15, 25, 35, 50, 75, |
100, 125, |
|||
150, 200, 300, 400, |
500); |
|
35, |
50, 100 |
и более |
по степени морозостойкости— 10, 15, 25, |
циклов замораживания и оттаивания в зависимости от назначения (без видимых следов повреждений и потери прочности после испы тания не более 25%).
Для дорожных целей каменные материалы делят на пять клас сов независимо от породы. Класс породы устанавливают в зави симости от твердости материала, его прочности, пористости, вывет ренности и других показателей.
Нерудная каменная промышленность поставляет строительству следующие основные строительные материалы и изделия: бутовый камень; блоки-полуфабрикаты, крупные стеновые блоки и камни; пиленые изделия из блоков-полуфабрикатов; дробленые материа лы (щебни); сортированные, природные материалы (гравий, пески); материалы и изделия для дорожного строительства; материалы и изделия для подземных сооружений, мостов и гидротехниче ского строительства; материалы и изделия специального назна чения.
Бутовый камень представляет собой отдельные глыбы непра вильной формы с размером куска не менее 150 и не более 500 мм.
Рмс. 9, a. Декоративные кристаллические породы Украинской ССР:
а, в, д — граниты |
соответственно Емельяновского, Коростышевского и Корнинского место |
||||||
рождений |
(Житомирская |
обл.); |
б — гранит Токовского месторождения (Днепропетров |
||||
ская обл.); |
г. г — граниты |
соответственно Новоданиловского и Александровского место |
|||||
рождений |
(Николаевская обл.); |
яс —»анортазнт |
Турчннского |
месторождения |
(Житомир, |
||
ская |
обл.); |
з — лабрадорит |
Головинского |
месторождения |
(Житомирская |
обл.) |
Ж |
|
3 |
|
Рис. ІІ,о. Декоративные метаморфические и осадочные |
породы Украин |
||
ской ССР: |
|
|
|
а, б. г, е — мраморы соответственно Хорнвского, |
I іовоселицкого, |
Вульхопмчского н Дело- |
|
вецкого месторождений (Закарпатская обл.); в, |
д — мраморные |
брекчии соответственно |
|
Знбровлужского н Прнгоднштского месторождений (Закарпатская |
обл.); ж — кварцитовнд- |
||
ный песчаник Антоновичского месторождения (Житомирская обл.); |
з — ангидрит Жура- |
||
венского месторождения |
(Львовская обл.) |
|
|
полученные при разработке твердых каменных пород (известняков, гранитов). Различают бутовый камень рваный, постелистый, плит няковый. Марка камня, идущего иа изготовление бута, должна
быть |
не 'менее 25, |
коэффициент |
размягчения — не |
менее 0,75. |
Бут |
в зависимости |
от вида и |
марки применяют |
для кладки |
фундаментов, крепления берегов рек, для гидротехнических соору жений, а также как заполнитель в бутобетоне.
Стеновые изделия из пильных (легких) горных пород. В строи тельстве эти изделия широко применяются. Особенно эффективны изделия из легких пород, используемые одновременно как стеновой и облицовочный материал (например, из туфа, крымского и добриводского известняков и др.). Стеновые изделия изготовляют из известняка-ракушечника, опоковидных трепелов, известкового и вулканического туфов, из легких пильных известняков, гипса и других материалов, объемная масса которых не превышает 2200 кг/м3. Коэффициент размягчения таких пород должен быть не менее 0,6 и для облицовочных — не менее 0,7. Стеновые камни из легких пород изготовляют в основном размеров: 490X240X188;
390 X 190 X 188; 340 X 140 X 288 мм.
Большая эффективность в строительстве достигается при укруп нении элементов до блоков весом 0,5— 1,5 т, если при добыче их из карьера не получается много отходов. В последнее время из легких пород изготовляют виброкаменные панели. Отформованную панель для ускорения твердения пропаривают.
Облицовочные изделия и готовые строительные детали. Изделия и детали изготовляют из блоков природного камня, которые в за
висимости от породы |
и характеристики делят на группы: блоки |
из гранита, диорита, |
габбро, лабрадорита, сиенита, базальта и |
других сходных с ними изверженных пород, а также из кварцита; блоки из карбонатных пород, легко полирующихся, а также из гипса; блоки из туфов.
Блоки добывают из горных пород механизированным способом без взрывных работ. При разработке гранитных месторождений для отделения монолитов от горного массива иногда применяют взрывы.
Имеется два типа блоков-заготовок для облицовочных изделий. К первому типу отнесены блоки, распиливаемые рамными, канат ными и ленточными пилами, ко второму — дисковыми пилами. По объему блоки делятся на крупные, средние и мелкие.
Облицовочные плиты в зависимости от оборудования, приме няемого для распиливания блоков, подразделяются на плиты из блоков, распиливаемых рамными, канатными и ленточными пила ми, и из блоков, распиливаемых дисковыми пилами.
Облицовочные плиты могут изготовляться следующей фактуры: абразивной — полированной, лощеной, шлифованной и пиленой; сколотой — рифленой, термоструйной, точечной и бороздчатой. Облицовочные плиты могут изготовляться прямоугольной и квадратной формы. Размеры облицовочных плит в зависимости от горной породы и оборудования, применяемого для распиливания
блоков, должны соответствовать размерам, указанным в ГОСТе: длина 50—2500, ширина 50—1200 мм, толщина с абразивными фактурами 6—60 мм, с фактурами скалывания 20—140 мм.
На территории СССР и особенно в Украинской ССР есть круп ные месторождения горных пород, поверхность которых после поли ровки приобретает декоративный вид.
Дробленые и сортированные материалы. К этой группе относят строительные щебни, изготовляемые из тяжелых и легких пород (гранитов, известняков, туфов и др.) для различного назначения (цементных бетонов тяжелых и легких, асфальтовых бетонов).
Сортированные и обогащенные природные материалы. К мате риалам этой группы относят пески и гравий, применяемые в строи тельстве в качестве мелких заполнителей в растворах и бетонах (пески) и в качестве крупных заполнителей в цементных и асфаль товых бетонах (гравий).
Материалы для дорожного строительства. К этой группе мате риалов относят колотые и грубоколотые материалы — камень бор товой, брусчатку, булыжный камень.
Горные породы, из которых изготовляют дорожные материалы, должны отвечать требованиям прочности: для осадочных пород предел прочности при сжатии не ниже 400ІО5 н/м2, для извержен ных излившихся 600 • ІО5 н/м2, изверженных глубинных 1• ІО8 нім2, а коэффициент размягчения не ниже 0,75 для осадочных и 0,9 для изверженных пород. Бортовые камни изготовляют различных ти пов — прямые рядовые, криволинейные, угловые и другие длиной до 2000 мм. Брусчатка по форме приближается к параллелепипеду
и изготовляется высотой 100, ПО, 130, 140, 160, |
шириной |
120— |
і 50 и длиной 150—250 мм. Колотый и булыжный |
камни |
приме |
няют для устройства оснований дорог, дорожных одежд для дорог местного значения, для укрепления откосов земляных сооружений
и др.
Названные материалы не являются индустриальными, так как их применение требует большой затраты ручного труда. Примене ние бортовых природных камней особенно рационально в районах, где имеются каменные карьеры.
Материалы для подземных сооружений, мостов и гидротехни ческого строительства. Для подземных сооружений и мостов при меняют камни и плиты изверженных и осадочных пород с преде лом прочности при сжатии (400-М 000) ІО5 н/м2, выдерживающие не менее 100—300 циклов замораживания и оттаивания. Для гидро технических сооружений применяют каменные материалы широкой номенклатуры — пиленые, колотые, рваные, валуны, щебень, бу лыжник. Породы, применяемые в гидротехнических сооружениях, могут быть в зависимости от назначения различного происхож дения. Однако коэффициент размягчения камня должен быть не менее 0,6 для' слабых пород и 0,75—0,9 — для камней средней прочности и высокопрочных; морозостойкость их должна быть не менее 25 и достигать 300—500 циклов замораживания и оттаи вания.
Материалы специального назначения. Многие каменные горные породы могут применяться для огнеупорной футеровки, защиты конструкций от влияния кислот и щелочей, в виде пиленых или тесаных плит, камней специальной формы, заполнителя и напол нителя в растворах с соответствующими свойствами. Для работы в условиях высоких температур пригодны хромит, базальт, диабаз, андезит, талькохлорит, туф и др. Температуростойкость их долж на соответствовать назначению. Стойкими против влияния кислот (кроме плавиковой и кремнефтористоводородной) являются гра нит, сиенит, диорит, кварцит, базальт, диабаз, кремнистый песча ник и др.
Для защиты конструкций в щелочной среде можно применять мрамор, доломит, плотный известняк, магнезит, известковый пес чаник и др. Условиями стойкости каменных пород в агрессивной среде являются объемная масса более 2300 кг/м3 для осадочных и более 2400 кг/м3 для изверженных пород, коэффициент размягче ния должен быть соответственно не менее 0,8 и 0,9, а также кисло тостойкость для изверженных пород 93—95%.
§ 13. Сведения о добыче и обработке каменных пород
Добыча и обогащение рыхлых горных пород — песка и гравия. Выбор способа добычи природных каменных материалов зависит
от состояния породы, глубины и |
условий |
ее залегания, |
твер |
дости и др. |
гравий, |
галька, глины) |
добы |
Рыхлые горные породы (пески, |
вают открытым способом с помощью различных машин, из кото рых наиболее распространены одно- и многоковшовые экскаваторы.
Гравий и песок со дна рек, озер, морей добывают способом рефулирования и транспортируют по трубам к местам отвалов, где происходит их естественное обезвоживание.
Природные пески и гравий не всегда удовлетворяют требова ниям гранулометрии и чистоты, что вызывает перерасход цемента в растворах и бетонах. Поэтому пески и гравий следует классифи цировать по крупности зерен, т. е. разделять их на две или более фракций. Крупные фракции гравия классифицируют с помощью механических приспособлений, мелкие фракции гравия и песок — гидравлическими классификаторами. Такое деление позволяет под бирать наиболее выгодные смеси песков из разных фракций с наименьшей пустотностью. Принцип действия гидравлических клас сификаторов основан на разделении материала по крупности
восходящим |
потоком воды. Прямоточный классификатор мо |
жет быть |
непосредственно подключен к напорному грунтоводу |
земснаряда.
Изготовление щебня. Породу для переработки на щебень заго товляют взрывным способом. Дробят, сортируют и обогащают щебень на комплексных механизированных установках. В зависи мости от потребности щебень заготовляют любой крупности.