книги / Строительные материалы

летами радиолярий, по внешнему виду они не отличают­ ся от диатомитов. Спонголиты состоят преимущественно из опаловых спикул губок. Трепелы и опоки (белые или серые) очень легкие, похожие на каолиновую глину или мел, породы, состоящие из опала, реже халцедона.

Конкреционные кремнистые породы встречаются зна­ чительно реже. Желваки, или конкреции, сложенные оса­

ках, песчаниках, глинах. Кремнистые породы находят разнообразное применение. Диатомиты, опоки применя­ ют для производства теплоизоляционных материалов, в виде минеральных добавок к вяжущим веществам (воз­ душной извести, портландцементу).

Органогенные известняки могут быть сложены целы­ ми раковинами или обломками раковин различных мор­ ских безпозвоночных, а также остатками известковых во­ дорослей. Органогенные известняки иногда слагают ри­ фы. Рифостроящими организмами являются преимущест­ венно известковые водоросли и кораллы.

Разновидность органогенных известняков — мел. Это микрозернистая слабосцементированная порода белого цвета.

Органогенные известняки применяют в строительстве в виде стенового камня. Способность легко распиливать­ ся, небольшая плотность (800—1800 кг/м1*3), малая теп­ лопроводность — все это позволяет уменьшать толщину наружных стен зданий, по сравнению с кирпичными, что снижает стоимость строительства.

В Молдавии, Одесской обл., ряде районов Крыма, Азербайджана органогенные известняки — распростра­ ненный материал для кладки стен; наиболее же плотные разновидности известняков используют для кладки фун­ даментов, наружной (отчасти и внутренней) облицовки стен, а щебень применяют как заполнитель бетона.

§4. метаморфические горные породы

1.Общая характеристика

Метаморфизмом называют преобразование горных по­ род, происходящее в недрах земной коры под влиянием высоких температур и давлений. В этих условиях может

происходить перекристаллизация минералов без их плав­ ления. Главными факторами метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества— растворы и газы, под действием которых породы любого состава и генезиса (магматические, осадочные или уже ранее метаморфизованные) подвергаются изменениям.

При формировании структурно-текстурных особенно­ стей метаморфических пород велика роль направленного давления. При одностороннем давлении кристаллы де­ формируются в направлении, перпендикулярном направ­ лению наибольшего давления, и видоизмененные породы приобретают сланцевое строение (гнейс, глинистые слан­ цы и т. п.). Образуются специфические текстуры с харак­ терной закономерной ориентировкой минералов, что обу­ словливает анизотропию физико-механических свойств породы.

2. Главные породообразующие минералы

Минералы, слагающие метаморфические породы* можно разделить на следующие группы: 1) минералы, широко распространенные как в метаморфических, так и в магматических породах (полевые шпаты, кварц, слю­ да, роговая обманка, большинство пироксенов, оливин и др.); 2) типичные для осадочных пород минералы (каль­ цит, доломит); 3) минералы, которые могут находиться в магматических породах в качестве вторичных, а также слагать типичные метаморфические породы (серпентин и др.); 4) специфические метаморфические минералы, присутствие которых возможно только в глубоко преоб­ разованных метаморфических породах.

3. Основные разновидности метаморфических горных пород

Кристаллические сланцы имеют мелкозернистое сло­ истое строение, цвет их от темнодо светло-серого. Основ­ ная часть породы состоит из зерен кварца, биотита и мус­ ковита.

Некоторые разновидности глинистых, кремнистых, слюдистых и иных сЛйнЦев являются кровельными слан­ цами. Эти сланцы легко раскалываются по плоскос?ям

кварцево-полевошпатовых пород. В состав гнейсов вхо­ дят кварц, биотит, роговая обманка, полевые шпаты. Гнейсы по механическим и физическим свойствам не ус­ тупают гранитам, однако сопротивление на излом парал­ лельно сланцеватости у них в 1,5—2 раза меньше, чем в перпендикулярном направлении. По плоскостям сланце­ ватости они раскалываются на плиты, легко расслаива­ ются при замерзании и оттаивании.

Применяют гнейсы при бутовой кладке, для кладки фундаментов, в качестве материала для щебня и отчасти в виде плит для мощения дорог. Щебень из сильно слан­ цеватого гнейса не используют для бетона и дорожного строительства из-за непригодности формы зерен.

Кварциты. Их образование связано с перекристалли­ зацией песчаников. Кварциты содержат 95—99 % Si02, их важными свойствами являются высокая огнеупорность (до 1710—1770 °С) и высокая прочность на сжатие (100—455 МПа). В строительстве кварциты используют в качестве подферменных камней в мостах, в виде бута, щебня и брусчатки для мощения дорог, а кварциты с красивой и иеизменяющейся окраской идут на облицовку зданий. Кварциты, применяемые в качестве кислотоупор­ ного материала, должны обладать высокой кислотостойкостью. Кварциты используют в производстве динаса — кислого огнеупора, выдерживающего под нагрузкой тем­ пературу до 1500—1650 °С.

Мрамор — мелко-, и средне- и крупнозернистая плот­ ная карбонатная порода, состоящая, главным образом, из кальцита и представляющая собой перекристаллизованный известняк. Хотя прочность при сжатии составля­ ет 100—300 МПа, мрамор легко поддается обработке, вследствие малой пористости хорошо полируется. Мра­ мор широко применяют для внутренней отделки стен зданий, ступеней и лестниц. В виде песка и мелкого щеб­ ня (крошки) его используют для цветных штукатурок, при изготовлении облицовочного декоративного бетона. В условиях сульфатной коррозии для наружных облицо­ вок мрамор не применяют,

§ 5. ПОЛУЧЕНИЕ И ОБРАБОТКА ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Природные каменные материалы и изделия получают из горных пород путем механической обработки (дроб­ ления, распиливания, раскалывания и т. п.), после кото­ рой почти полностью сохраняются структура и свойства исходной породы.

Средние и мягкие породы (твердость 5—3) добывают с помощью камнерезных машин, снабженных твердо­ сплавными дисковыми или цепными пилами. Вырезка блоков из таких пород производится поточным методом (рис. 2.6).

Для вырезки блоков из пород средней твердости при­ меняют также дисковые и цепные пилы, снабженные ал­ мазными режущими насадками. Производительность та­ ких машин на породах средней твердости в 4—5 раз выше, чем производительность твердосплавного инструмента. Добытые в карьере блоки перевозят на камнеобраба­ тывающий завод, где их распиливают на плиты или из­ готовляют из них фасонные детали.

По способу изготовления природные каменные мате­ риалы и изделия можно разделить на пиленые (стеновые камни и блоки, облицовочные плиты и плиты для пола) и колотые (бортовые камни, камни тесаные, брусчатка и шашка для мощения и др.).

По виду обработки природные каменные материалы можно разделить на следующие основные виды: 1) грубообработанные каменные материалы (бутовый и валун­ ный камни, щебень, гравий и песок); 2) штучный камень и блоки правильной формы (для кладки стен и др.); 3) плиты с различно обработанной поверхностью (обли­ цовочные для стен, чистого пола и др.); 4) профилиро­ ванные детали (ступени, подоконники, пояски, налични­ ки, капители колонн и т. п.); 5) изделия для дорожного строительства (бортовой камень, брусчатка и шашка для мощения).

Используя ударную и абразивную обработку, природ­ ному камню придают ту или иную фактуру — различный характер поверхности.

Ударная обработка заключается в окалывании по­ верхности камня с помощью камнетесного инструмента со сменными наконечниками: для тески пользуются ши­ роким долотом — скарпелыо, скалывание неровностей

производят спицей — остроконечным долотом, для чистой обработки лицевой поверхности применяют бучарду со средней или мелкой насечкой.

Ударная обработка дает возможность получить сле­ дующие фактуры (рис. 2.7): скальную с буграми и впа­ динами; как при естественном расколе породы; рифленую с правильным чередованием гребней и впадин глу­ биной до 2 мм; бороздчатую с параллельными прерывис­ тыми бороздками глубиной 0,5—1 мм; точечно-шерохова­ тую с точечными углублениями 0,5—2 мм.

Абразивная обработка включает распиливание, фре­ зерование, шлифование и полирование.

Блоки из мрамора, известняка и других пород распи­ ливают при помощи рамных пил, армированных твердо­ сплавными вставками или снабженных алмазными рез­ цами. Алмазные резцы увеличивают скорость резания в 5—10 раз и снижают расход электроэнергии в 2—2,5 ра­ за по сравнению с резцами карборундовыми или из твер­ дых сплавов. Кроме того, алмазные резцы позволяют значительно увеличивать выход готовой продукции. Ши­ рина пропила сокращается примерно в 3 раза, а расход сырья на 12—18 %. Алмазными резцами можно изготов­ лять тонкие плиты толщиной 5—10 мм, поэтому из Г М3 камня получают 40—45 м2 плит, что обусловливает их низкую себестоимость; к тому же обеспечивается nncTOta поверхности резания.

Для получения профилированных изделий (ступеней, поясков, карнизов и т. п.) на камнеобрабатывающих за­ водах применяют камнефрезерные и универсальные про­ филирующие машины.

Шлифуют и полируют на шлифовально-полироваль­ ных станках с вращающимися дисками, которые пере­ мещают по поверхности изделия (рис. 2.8). Шлифуют с применением зернового абразива: корунда, карборунда или мелких пылевидных алмазов, которые увеличивают производительность оборудования. После шлифования камень имеет гладкую матовую поверхность. Для прида­ ния камню блестящей гладкой поверхности его полиру­ ют войлочными полировальными дисками с использова­ нием мастик и тонких полирующих порошков из окси­ дов металлов (хрома, олова, железа и др.) или нитрата олова.

Абразивная обработка создает фактуры: пиленую^—

с 1гойкнм;и штрихами и бороздками глубиной до 2 -мм;

стен зданий и щебня для легких бетонов. Тяжелые кам­ ни плотностью более 1800 кг/м3 (из гранита, сиенита, диорита и т. п.) служат облицовкой и используются в ви­ де плит пола, материалов и изделий для гидротехниче­ ского и дорожного строительства.

Прочность. В зависимости от предела прочности при сжатии образцов в воздушно-сухом состоянии каменные материалы имеют следующие значения марок (МПа): 0,4; 0,7; 1; 1,5; 2,5; 3,5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 80; 100. Марки от 0,4 до 20 свойственны легким камням различной пористости.

Истираемость и износ зависят от твердости камня. Эти свойства имеют важное значение для дорожных по­ крытий, полов, ступеней лестниц и т. п. Поэтому для до­ рожных покрытий и полов следует применять твердые мелко- и среднезернистые породы, которые хорошо со­ противляются истиранию и износу.

Морозостойкость. По числу циклов попеременного за­ мораживания и оттаивания образцов, в условиях стан­ дартного испытания природные каменные материалы разделяют на марки по морозостойкости: Мрз 10, Мрз 15, Мрз 35, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200, хМрз 300, Мрз 400, Мрз 500.

Высокую морозостойкость имеют плотные камни с равномерно-зернистой структурой. Камни с неравномер­ ной порфировой структурой быстрее растрескиваются при резких изменениях температуры из-за разных тем­ пературных коэффициентов линейного расширения мел­ кокристаллической массы и крупных вкрапленников. Слоистая текстура также снижает морозостойкость кам­ ня. Свежедобытые известняки, доломиты, песчаники, ту­ фы легко разрушаются от мороза вследствие того, что их поры заполнены «горной влагой» и коэффиицент на­ сыщения пор водой близок к 1. После естественной про­ сушки они становятся достаточно морозостойкими и бо­ лее прочными.

Водостойкость. Коэффициент размягчения камня, применяемого для гидротехнических сооружений и фун­ даментов, должен быть не менее 0,8; для наружых стен зданий не менее 0,6.

Теплопроводность — необходимая характеристика легкой горной породы, применяемой в виде крупных бло­ ков и камней для наружных стен зданий. Этот показа­ тель зависит от плотности породы, являющейся косвен­

ной характеристикой пористости (см. § 2, гл. 1). Тепло­ проводность известняка-ракушечника и вулканического туфа в воздушно-сухом состоянии составляет 0,5—0,8 Вт/ / (м*°С).

Огнестойкость зависит от минерального состава и структуры камня. Одни породы при повышенной темпе­ ратуре разлагаются (гипс при 100 °С, известняк при 900 °С), другие (гранит, кварцевые порфиры) растрески­ ваются уже при температуре 600 °С вследствие различ­ ного теплового расширения составляющих их минералов и полиморфного превращения кварца.

§7. ВИДЫ ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ИИХ ПРИМЕНЕНИЕ

1.Грубообработанные каменные материалы

Бутовый камень (бут) — куски камня неправильной формы размером не более 50 см по наибольшему изме­ рению. Бутовый камень может быть рваный (неправиль­ ной формы) и постелистый. Разработку рваного бута и щебня осуществляют преимущественно взрывным спосо­ бом. Плитняковый бут получают из пород пластового за­ легания. Крупные отдельности такой породы, ограничен­ ные трещинами, отделяют экскаватором с последующей развалкой кусков до требуемых размеров камнекольным инструментом. Разрабатывают местные осадочные и из­ верженные породы, отвечающие проектным требованиям в отношении прочности, морозостойкости и водостойко­ сти. Бут из осадочных пород (известняков, доломитов, песчаников) не должен содержать примесей глины, рых­ лых пород и включений пирита.

Из бута возводят плотины и другие гидротехнические сооружения, его применяют для подпорных стенок, клад­ ки фундаментов и перерабатывают в щебень.

Щебень — куски камня размером 5—70 мм (для гид­ ротехнического строительства до 150 мм). Получают его дроблением камня из прочных и морозостойких горных пород. Чтобы довести щебень до необходимого зернового состава, его дробление осуществляют в несколько ста­ дий. Встречается и природный щебень, называемый дрес­ вой.

Гравий состоит из окатанных зерен тех же размеров, что и у зерна щебня. Его получают просеиванием рых-