Книги / Строительные материалы_ Краткий курс_ Н_А_ Машкин, О_А_ Игнатова(1)

2.4. Производство каменных строительных материалов

Производство каменных материалов включает добычу и переработку горных пород. Добыча горной породы (разработка месторождений нерудного полезного ископаемого) осуществляется:

•открытым способом (в карьерах после снятия слоя вскрышных пород);

•подземным способом (в шахтах и штольнях).

Способы разработки месторождений зависят от вида горных пород (рыхлые или массивные, мягкие или твердые). Переработка добытого камня происходит на камнеобрабатывающих предприятиях или дробильно-сортировочных предприятиях.

Природные каменные материалы и изделия получают из добытых горных пород путем механической обработки (дробления, распиливания, раскалывания и т.п.), после которой практически полностью сохраняется структура и свойства исходной породы.

По способу изготовления природные строительные каменные материалы и изделия можно разделить на:

пиленые из массива блоки-полуфабрикаты и крупные камни;

пиленые из блоков-полуфабрикатов с последующей об-

работкой (стеновые камни и блоки, облицовочные плиты

иплиты для пола, цельные ступени, подоконные доски

идр.);

колотые из блоков с последующей обработкой (бортовые камни, плиты и камни тесанные, брусчатка, шашка для мощения и др.); грубоколотые (постелистый бутовый камень); рваные (бутовый камень);

дробленые (щебень, искусственный песок); молотые (каменная мука, молотый минеральный порошок).

33

35

Виды изделий из природных каменных материалов

Свойства строительного камня

36

Выветривание горных пород

Выветривание – процесс разрушения горных пород и каменных материалов под действием различных факторов окружающей среды. Стойкость к выветриванию зависит от минерального состава и строения.

Устойчивым к выветриванию является кварц; малоустойчивыми – полевые шпаты, ортоклаз и микроклин; неустойчивыми – основные плагиоклазы, оливин, кальцит, доломит, гипс, химически активные минералы – сульфиды, сульфаты.

Факторы, вызывающие разрушение каменных материалов:

физико-механические:

–суточные колебания температуры (возникновение внутренних напряжений за счет различного изменения объема зерен разных минералов с отличными показателями температурного линейного и объемного расширения);

–совместное действие воды и мороза (возникновение напряжений, связанных с проникновением и замерзанием воды в порах и микротрещинах материалов, в том числе возникающих при добыче и переработке горной породы);

физико-химические:

–действие воды на минералы с повышенной растворимостью (гипс, карбонаты) (растворение и вымывание);

–действие воды, содержащей растворенные газы, в том

числе от промышленных выбросов, особенно СО2, SO3, SO2, NO2 и др., приводящее к образованию новых и легко растворимых соединений, например:

–для карбонатных пород: СаСО3+Н2О+СО2 → Са(НСО3)2;

–для полевошпатовых пород:

К2О·Аl2О3·6SiO2+2H2O+CO2→Аl2О3·2SiO2·2H2O+ +4SiO2+K2CO3;

–действие органических кислот, образующихся при жизнедеятельности микроорганизмов на поверхности и в трещинах камня.

37

Меры защиты каменных материалов от выветривания

всооружениях

1.Конструктивные:

придание изделиям и конструкциям такой формы, которая обеспечивает хороший сток воды с поверхности камня;

повышение плотности и гладкости поверхности путем шлифования и полирования.

2. Физико-химические способы защиты, направленные на уплотнение поверхности и повышение водостойкости:

обработка гидрофобными составами, например, кремнийорганическими жидкостями типа «Пента», «Аквастоп», «Софэксил» (уменьшение смачиваемости поверхности, скорости капиллярного подсоса);

пропитка пористых горных пород растворами солей кремнефтористоводородной кислоты (H2SiF6) – флюатами (способ флюатирования). Применяется непосредственно для карбонатных пород, другие породы предварительно пропитываются раствором извести, а затем флюатом:

2 СаСО3+МgSiF6 = 2CaF2+МgF2+SiO2+2CO2↑

При флюатировании образуется защитный слой из нерастворимых соединений, заполняющих поверхностные поры, в результате уменьшается водопоглощение, увеличивается морозостойкость;

– обработка поверхности добавками оксида свинца или железистых соединений увеличивает погодоустойчивость.

3. Физико-химические способы защиты, направленные на образование водонепроницаемых пленок на поверхности – обработка полимерами (например, раствором мочевино-формаль- дегидной смолы) или мономерами с последующей полимеризацией в порах камня.

38

3.МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

3.1.Общие сведения о минеральных вяжущих

Минеральные вяжущие – порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой образуют вязко-пластичное тесто, способное самопроизвольно затвердевать под действием фи- зико-химических процессов. Их используют для приготовления бетонов, растворов, силикатного кирпича, асбестоцемента.

I. Неорганические (известь, гипс, цемент, жидкое стекло)

Na2O . nSiO2

(в виде водного раствора)

II. Органические (битумы, полимеры)

39

Воздушные вяжущие способны твердеть и сохранять прочность на воздухе.

Гидравлические вяжущие состоят из соединений СаО – SiO2 –

– Al2O3 – Fe2O3 и твердеют как в воде, так и на воздухе.

Вяжущие автоклавного твердения твердеют в среде насы-

щенного пара и избыточного давления.

3.2. Основы технологии производства минеральных вяжущих

Минеральные вяжущие являются продуктом обжига соответствующего природного сырья и последующего тонкого измельчения (помола):

Сырье: различные горные породы, отходы металлургии и энергетики (шлаки, золы). Природное сырье представляет собой стабильный (химически неактивный по отношению к воде) материал. При обжиге изменяется химический и фазовый состав сырья. Образуются новые минералы, способные вступать в химическое взаимодействие с водой.

Помол обожженного сырья значительно увеличивает поверхность материала, способную контактировать (и взаимодей-

ствовать) с водой.

40

В вязкопластическое состояние минеральные вяжущие вещества переходят при затворении (смешивании с водой). Именно количество воды в смеси (водо-вяжущее отношение) определяет реологические свойства теста, растворной или бетонной смеси. К ним относятся: подвижность (способность растекаться), жесткость, напряжение сдвига (характеризует структурную прочность), вязкость и т.д.

Схватывание (переход из пластического состояния в камнеподобное) и твердение минеральных вяжущих веществ связаны с химическими и физико-химическими процессами взаимодействия минералов вяжущего вещества с водой.

Химические процессы взаимодействия минералов вяжущего и воды приводят к образованию новых соединений, содержащих химически связанную воду. Поэтому процесс твердения минеральных вяжущих называется гидратным, или гидратационным твердением, а образующиеся соединения называются

гидратными новообразованиями.

Для регулирования свойств вяжущих (сроков схватывания и твердения, времени хранения) вводят минеральные и полимерные добавки.

3.3.Воздушные вяжущие вещества

3.3.1.Известь воздушная

Древние египтяне использовали известь еще за 3,5 тыс. лет до н.э. при строительстве пирамид. В России ее узнали в Х–ХI вв.

Сырье: кальциево-карбонатные породы – мел, известняк, доломит с содержанием глины до 6 %.

Производство: дробление и обжиг сырья. В основе обжига лежит реакция термической диссоциации карбоната кальция: СаСО3 = СаО + СО2 . Температура 1000–1200 °С.

Масса обожженных кусков снижается в 2 раза, а объем – на 10 %. При обжиге получается негашеная комовая известь «ки-

41

пелка», при ее помоле – негашеная молотая известь, при их гашении – гидратная гашеная Са(ОН)2 «пушонка».

Сорта воздушной извести

Свойства: качество воздушной извести зависит от процентного содержания (CaO + MgO).

При увеличении температуры обжига до 1500 °С размер кристаллов CaO и MgO увеличивается в 10 раз, понижается их активность и скорость гашения, в результате чего возникают внутренние напряжения и растрескивание. Поэтому ограничивается содержание непогашенных зерен.

Негашеная молотая известь быстрее схватывается и лучше твердеет, выделяемое тепло при этом способствует улучшению твердения. Процесс гашения «кипелки»:

СаО + Н2О = Са(ОН)2 + 65,1 кДж

тонкодисперсные частицы (объем увеличивается в 2–3 раза).

Если затворить «кипелку» 60–80 % воды по массе, получится порошкообразная гидратная известь-пушонка. На строительной площадке гидратную известь можно разбавлять водой в отношении 1:3.

Твердение воздушной извести протекает медленно. Карбонатное твердение – одновременное протекание двух

процессов: 1) кристаллизации Са(ОН)2 из насыщенного водного раствора; 2) образования СаСО3:

Са(ОН)2 + СО2 + nН2О = СаСО3 + (n +1)Н2О.

При испарении воды из раствора кристаллы СаСО3 срастаются между собой и с частицами Са(ОН)2 и образуют искусственный камень.

42