Особливості використання природних кам'яних матеріалів у сучасному будівництві

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки, молоді і спорту України

Київський національний університет

будівництва і архітектури

Кафедра будівельних матеріалів

Реферат на тему:

«Особливості використання природних кам'яних матеріалів у сучасному будівництві»

Виконав студент

будівельного факультету

групи ПЦБ-26

Бундзяк Василь Васильович

Перевірив:

проф. Чистяков В.В.

Київ 2014



План

Вступ

Сировина і технологія виготовлення

Властивості і особливості застосування



Вступ

Натуральний камінь є першим матеріалом, який почали використовувати люди для будівництва своїх жител. Спочатку камінь виконував чисто захисні і опорні функції, але за час його використання до функціональності цього матеріалу додалося ще й декоративне оформлення будинків і споруд. Дизайнери багатьох країн успішно використовують камінь як декоративний елемент будівель, внутрішньобудинкових приміщень та прилеглих територій. Основним питанням для більшості дизайнерів залишається вибір натурального або штучного каменю. Особливою популярністю користується камінь в заміському будівництві будинків, де їх область застосування досить обширна. Природний камінь застосовується для облицювання фундаментів та фасадів, формування опорних стін, мощення садових доріжок і фонтанів, створення різних типів огорож, малих архітектурних форм, різноманітних скульптур. Також натуральний камінь використовується при оформленні фонтанів, японських і зимових садів. Крім цього форми природного каменю роблять привабливими кам'яні й альпійські гірки. Всередині будівлі натуральний камінь часто використовується для обробки камінів, стін, колон, барних стійок, підлог, а також для формування мозаїчних зображень. Як видно, область застосування даного матеріалу досить таки велика, і без нього не обходиться практично не одне будівництво в багатьох країнах світу.

Камінь володіє великою кількістю корисних властивостей для будівництва та оформлення різних частин будівлі і прилеглої території. Над іншими подібними будівельними матеріалами природний камінь має цілий ряд явних переваг. Цей матеріал практично не взаємодіє з навколишнім середовищем, що дозволяє йому ні гнити, ні іржавіти, ні горіти, а також бути стійким до поривів вітру, палючим сонячним променям і всіх видів опадів, включаючи град. Ще одним відчутним плюсом каменя є його неактивність з іншими будматеріалами, що дозволяє використовувати різноманітні матеріали, що стосуються безпосередньо каменю. Ну і звичайно ж, мало який будівельний матеріал зможе на рівних змагатися з натуральним каменем з приводу краси. Саме камінь володіє натуральної привабливістю і несхожістю, оскільки кожен зріз або скол каменя є унікальним і єдиним.



Видобування та виготовлення кам'яних матеріалів

Усі гірські породи, що використовуються у будівництві, класифікують за твердістю: тверді, до складу яких входять мінерали з твердістю 6...7 (кварцит, граніт, сієніт, діорит, габро); середні, які мають твердість не більше 5 (мармур, щільний вапняк, доломіт); м'які, що мають твердість 2...З (гіпс, ангідрит, вапняк-черепашник).

Розробляючи тверді породи, спочатку від них відокремлюють великий моноліт, який далі поділяють на блоки. Це виконують буроклиновим, буропідривним методами або за допомогою ударних врубових машин. Для порід, що містять кварц, можна використати термогазоструменевий метод, Він грунтується на руйнівній дії внутрішніх напружень, які виникають при поліморфних перетвореннях кварцу під впливом високої температури.

Прогресивним для відокремлення монолітів від масиву і розколювання їх на блоки є використання невибухових руйнівних складів (НРС). Для цього в попередньо пробурені в гірській породі шпури заливають суміш порошку НРС з водою. Основним компонентом НРС с негашене вапно СаО, яке при гідратації утворює гашене вапно Са(ОН)2 зі збільшенням об'єму НРС приблизно удвічі, що викликає внутрішні напруження розширення не менше 40 МПа. Перевагами використання НРС с зниження енерго- та трудомісткості операцій розколювання каменю, підвищення безпеки робіт, поліпшення екології довкілля.

При розробці кар'єрів порід середньої твердості блоки відокремлюють машинами з канатними пилками. Видобуті блоки доставляють із кар'єру на каменеобробний завод, де їх розпилюють на плити або виготовляють із них фасонні вироби. Для розпилювання блоків застосовують рамні пилки з гладенькими полотнами, під які підсипають абразивні матеріали: для середніх порід -- кварцовий пісок, а для твердих -- чавунний дріб. Найчастіше як абразивний матеріал застосовують надтверді матеріали -- штучні алмази, шо дає змогу в 5...10 разів збільшити швидкість і продуктивність різання.

Середні та м'які породи видобувають у кар'єрах за допомогою каменерізальних машин, які мають твердосплавні дискові й ланцюгові пилки.

При виготовленні облицювальних виробів природному каменю надають тієї чи іншої фактури, використовуючи ударну чи абразивну обробку.

Ударна обробка полягає в обколюванні поверхні каменю за допомогою каменетесального інструменту зі змінними наконечниками.

Абразивна обробка, крім згаданого розпилювання, передбачає також фрезерування, шліфування й полірування. Внаслідок абразивної обробки можна дістати такі фактури: пиляну -- з тонкими штрихами та борозенками завглибшки до 2 мм; шліфовану --рівномірношорстку з глибиною рельєфу до 0,5 мм;

лощену -- гладеньку оксамито-матову з виявленням рисунка гірської породи; поліровану -- гладеньку і дзеркальним блиском.

Сипкі гірські породи (пісок, гравій) найчастіше розробляють гідромеханічним способом. Вода, що подається гідромонітором під великим тиском, розмиває грунт. З пульпи (суміш грунту З водою) виділяється пісок або гравій певних розмірів. Гравій та валунний камінь видобувають спеціальними плавучими механізмами драгами чи землечерпалками.

Класифікація та характеристика матеріалів і виробів із природного каменю

Галузі застосування природного каменю дуже різноманітні. В цьому розділі розглядається використання каменю у безпосередньому вигляді, тобто підданому тільки механічній обробці. Гірські породи як сировина для одержання інших будівельних матеріалів розглядаються у відповідних розділах.

Природні кам'яні матеріали і вироби класифікують за такими ознаками:

за середньою густиною, важкі (рm > 1800 кг/м3) та легкі (рm< 1800 кг/м3);

за міцністю при стиску (кгс/см2): марки: М4; М7; MIO; МІ5; М25; М35; М50; М75; М100; М125; М150; М200; М300; М400; М500; М600; М800, М1000 (відповідно у МПа від 0,4 до 100), причому легкі кам'яні матеріали мають марки до 200, а важкі -- від 100 і вище;

за морозостійкістю: марки: F10; F15; F25; F50; F100; F200; F300;

за коефіцієнтом розм'якшення: 0,6; 0,75; 0,8; 0,9; 1,0.

Залежно від ступеня обробки розрізнюють грубооброблені кам'яні матеріали, колоті, пиляні та профільовані вироби.

До грубооброблених матеріалів відносять: бутовий камінь, щебінь, гравій, пісок.

Бутовий камінь (бут) -- це куски каменю неправильної форми розміром 150...500 мм, масою 20...40 кг. Бутовий камінь може бути рваним (неправильної форми) та постілистим. Рваний бут розробляють здебільшого підривним способом. Постілистий бут одержують із порід пластового залягання. З буту зводять греблі та інші гідротехнічні споруди, підпірні стінки, фундаменти, його також переробляють на щебінь.

Щебінь -- це шмат каменю неправильної форми розмірами від 5 до 150 мм, які одержують, головним чином, подрібненням великих шматів гірських порід із наступним просіюванням (зустрічається і природний щебінь -- «дресва»).

Гравій -- це обкочені (округлі) зерна розмірами від 5 до і 50 мм. які одержують просіюванням сипких порід; у разі потреби їх промивають. щоб видалити шкідливі домішки (глину, пил),

Пісок -- це мінеральні зерна розміром від 0,16 до 5 мм, які одер. жують просіюванням дрібних сипких порід (природний пісок) або подрібненням і просіюванням відходів каменеобробки (штучннй пісок). Щебінь, гравій та пісок використовують як заповнювачі для бетонів і розчинів.

Колоті та пиляні вироби з природного каменю використовують для мурування і облицювання, влаштування підлог, дорожніх покриттів, гідротехнічних споруд тощо.

Вироби з природного каменю за призначенням поділяють на стінові, облицювальні, дорожні, спеціальні тощо.

Стінові вироби (камені та блоки). Багато пористих гірських порід легко розпилюються на камені та блоки правильної геометричної форми (прямокутні паралелепіпеди). Основні розміри каменів для зведення стін: 390*190*188мм; 390x190*288 мм; 490*240*188 мм. Кожен такий камінь замінює 8... 16 цеглин. Маса каменя не повинна перевищувати 16 кг, маса дрібного блока -- 40 кг.

Камені та блоки застосовують для зведення зовнішніх стін, перегородок та інших частин будівель і споруд.

Камені та блоки виготовляють із м'яких гірських порід (пористих вапняків, опок, вулканічних туфів), які повинні мати такі фізико-механічні показники: середню густину не більше 2100 кг/м ; водопоглинання за масою не більше 50% для вапнякових туфів і опок та не більше 30% для вапняків і вулканічних туфів; морозостійкість не менше 15 циклів; коефіцієнт розм'якшення не менше 0,6.

Облицювальні вироби. Облицювальні камені та плити, а також архітектурно-будівельні вироби виготовляють, розпилюючи блоки аб0 вдаючись до безпосереднього випилювання з масиву гірської породи. Можна виготовляти також колоті вироби.

Для зовнішнього облицювання використовують щільні атмосферостійкі породи (граніти, сієніти, габро тощо) або щільні вапняки, для внутрішнього облицювання -- породи середньої твердості: мармури, пористі вапняки (травертин, черепашник), вулканічні туфи тощо. Пористі породи, крім декоративного ефекту, забезпечують добру акустику приміщень, тому їх застосовують для оздоблення театрів, кінотеатрів та інших громадських споруд.

Цокольні плити, а також деталі карнизів та інших частин будівлі, що виступають, виготовляють з атмосферостійких порід.

Вироби для підлог та сходів виготовляють із твердих щільних порід (граніт, сієніт, лабрадорит тощо) у вигляді полірованих (або шліфованих) плит. У приміщеннях з малою інтенсивністю руху і високими вимогами щодо декоративності можливе використання мармуру. Товщина плит для підлоги має бути не менше 20 мм.

Брущатий камінь (брущатка, або бруківка) призначається для впорядкування покриттів проїжджої частини доріг. Виготовляють брущатку та шашку для мозаїчного бруку з однорідних дрібно- і середньозернистих порід.

Колотий і булижний камені використовують для влаштування основ доріг, а також дорожніх покриттів, для укріплення схилів земляних споруд тощо.

Тротуарні плити виготовляють із шаруватих гірських порід (прямокутні або квадратні) зі стороною 200...800 мм та рівною лицьовою поверхнею (завтовшки 40... 150 мм).

Бортові камені, що відокремлюють проїжджу частину дороги від тротуару, виготовляють із щільних вивержених порід Із високою морозе* і зносостійкістю, а також міцністю (граніт, сієніт). Залежно від способу виготовлення вони бувають пиляні й колоті.

Матеріали та вироби для гідротехнічних споруд. Для річкових і морських гідротехнічних споруд застосовують камені правильної та неправильної геометричних форм. Камені неправильної форми рваний камінь (який одержують підриванням гірських порід), обкочений камінь (валуни, булижники), щебінь і гравій -- використовують для влаштування гребель, перемичок, дамб, берегоукріплень та інших споруд. Камені правильної форми (колоті та пиляні) використовують для облицювання гребель, набережних, шлюзів. До всіх матеріалів висуваються вимоги не лише до міцності, а й до водо- та морозостійкості. Особливо несприятливими є умови експлуатації матеріалів у зоні змінного рівня води. Захисне облицювання в цій зоні виконують із щільних вивержених порід із водопоглинанням не більше 1%, міцністю при стиску не нижче 80... 100 МПа і морозостійкістю не менше 300 циклів (це граніти, сієніти, діабази тощо).

Хімічно стійкі та жаростійкі матеріали й вироби. Для захисту від дії кислот використовують гірські породи: граніт, сієніт, базальт, андезит, кварцит, а від дії лугів -- карбонатні породи: щільні вапняки, доломіти, магнезити, мармури. Для жаростійких облицювань застосовують вироби з базальту, діабазу, вулканічних туфів. Із цих гірських порід виготовляють тесані плити, цеглу, бруски, фасонні вироби потрібної форми та заповнювачі для бетонів.

Використання відходів видобування і обробки гірських порід

При видобуванні, обробці та переробці гірських порід у кар'єрах і на каменеобробних заводах утворюється багато відходів, кількість яких може сягати до 80% від об'єму порід, що розробляються. З економічної та екологічної точок зору ці відходи доцільно використовувати для виготовлення щебеню і піску, штучних блоків та декоративних плит.

Щебінь і пісок -- фракціоновані матеріали, які одержують із відходів каменевидобування або каменеобробки шляхом їх подрібнення, сортування та збагачення. Подрібнення і грохочення відбувається у декілька стадій (зазвичай 3-4), при остаточному грохоченні подрібнений матеріал розподіляють на окремі фракції: пісок на дві (до 2,5 до 5,0 мм), а щебінь на три (5..10, 10,„20…40мм).

Готовий щебінь повинен мати марку за морозостійкістю не менше F15. Обмежується також наявність у щебені пластинчастих та голчастих зерен (до 33% їй масою), слабких зерен Rт < 20 МПа (до -5%). Крім того, у щебені й піску обмежується кількість пилуватих домішок (від 1 до 5% за масою). При виготовленні гранітного щебеню утворюється велика кількість кремнеземистих відходів у вигляді пульпи (при промиванні щебеню) або відсівів із розмірами зерен до 5 мм. Ці відходи можна використовувати при виробництві силікатної цегли, ніздрюватого бетону, а також декоративних пресованих виробів. Щебінь і пісок з підвищеними декоративними властивостями застосовують для виготовлення штучних блоків та плит.

Штучні блоки виготовляють із бетонних сумішей на основі декоративних щебеню і піску та портландцементу (білого чи кольорового). Готові вироби мають форму прямокутного паралелепіпеда з чіткими гранями й кутами і рівними поверхнями сторін. Вони призначені для наступної переробки на плити та інші види облицювальних виробів з декоративного бетону.

Залежно від призначення плит, які випилюють із штучних блоків, останні поділяють на два типи: для влаштування покриттів підлог і елементів сходів та для облицювання стін і колон.

Декоративні плити на основі природного каменю -- це плоскі вироби, які виготовляють із декоративних щебеню і піску та неорганічних або полімерних в'яжучих речовин. Вони призначені для зовнішнього та внутрішнього облицювання будівель та споруд. Залежно від способу виготовлення їх поділяють на пресовані або формовані; пиляні з штучних блоків; склеєні із шматків природного каменю. Рисунок лицьової поверхні плит може бути мозаїчним або брекчієподібним. Мозаїчну поверхню одержують при використанні декоративних щебеню й піску, брекчії подібну -- із шматків природного каменю або із суміші шматків каменю та декоративних щебеню й піску.

Властивості і особливості застосування порід різного походження

Гірські породи складаються зі щільних або сипких скупчень різноманітних мінералів та уламків інших порід. Властивості гірських порід залежать від умов їх утворення і пов'язаних з ними структурних і текстурних особливостей.

Вивержені породи

Вивержені, або первинні, гірські породи поділяють на масивні та уламкові. Масивні утворюються внаслідок охолодження і затвердіння вогняно-рідкої лави (магми) в надрах або біля поверхні землі, уламкові -- здебільшого внаслідок вулканічної діяльності, тому їх називають також вулканічними.

Залежно від глибини остигання магми, вивержені масивні гірські породи поділяють на глибинні, або інтрузивні, та вилиті, або ефузивні.

Вивержені масивні глибинні породи. Ці породи утворилися внаслідок повільного та рівномірного охолодження магми під великим тиском. Магма охолоджувалася і залишалася на великій глибині у земній корі, що сприяло утворенню у породах мінералів зернистокристалічної будови без цементуючої речовини (гранітна будова).

Основні властивості цих порід: масивність залягання, високі середня густина та міцність при стиску, незначне водопоглинання, істотна морозостійкість, велика теплопровідність.

До вивержених глибинних порід належать граніт, сієніт, діорит, габро, лабрадорит.

Граніти -- це найпоширеніші зернистокристалічні породи. Мінералогічний склад, %: кварц -- 20...40; польові шпати -- 40...70; можливий вміст слюд -- 5,..10 та темнозабарвлених мінералів у невеликій кількості.

Залежно від розмірів зерен розрізняють крупно- та дрібнозернисті граніти (останні найстійкіші).

Середня густина становить 2600...2800 кг/м3. Через малу пористість граніти мають низьке водопоглинання і високу (понад 230 циклів) морозостійкість. Механічна міцність висока: міцність при стиску 100--250 МПа. а при розтягу у 30--60 разів менша, як і дія інших кам'яних матеріалів подібного складу та структури. Добре чинить опір стиранню. Теплопровідність становить 2,7…3,2 Вт/(мК). Внаслідок поліморфного перетворення кварцу вогнестійкість гранітів обмежена температурою 600С: при вищій температурі вони розтріскуються.

Сієніти відрізняються від гранітів відсутністю або незначним вмістом кварцу . Темнозабарвлених мінералів (рогової обманки, рідше -- біотиту ) може бути до 15%. Колір сієнітів, як правило, сірий, сіро-блакитний, зеленуватий. За фізико-механічними властивостями сієіти близькі до гранітів (середня густина 2600...2800 кг/м , міцність при стиску до 220 МПа), хоча стійкість щодо вивітрювання буває трохи нижчою. За крупністю зерен вони можуть бути крупно-, середньо-, та дрібнозернистими. Зустрічаються рідше, ніж граніти. Сієніти, які містять кварц, називають граносієнітами. або кварцовими сієнітами. Відомі родовища в південно-західній частині України, І також у Росії, Середній Азії, Швеції, Німеччині, Італії.

Діорит 3/4 складаються з польових шпатів, решту становлять темнозабарвлені мінерали -- рогова обманка, авгіт, іноді міститься трохи кварцу. Середня густина становить 280О...З000 кг/м3, міцність при стиску 150...300 МПа. Мають високу ударну в'язкість і морозостійкість. Характерне темно-сіре забарвлення із зеленим відтінком. Добре поліруються. Застосовують їх як матеріали для облицювання, дорожнього будівництва. Найвідоміші родовища діоритів у Криму, Росії, Середній Азії, Німеччині, Чехії, Словаччині, Італії.

Габро містять приблизно однакову кількість польових шпатів (плагіоклазів) та темнозабарвлених мінералів (авгіту, олівіну, рогової обманки). їх структура рівномірно крупнокристалічна; забарвлення темно-сіре, темно-зелене, чорне. Якщо польовий шпат пред-ставлений лабрадором, то порода називається лабрадоритом (характерна особливість -- іризація, тобто переливи блакитного, синього, іноді золотавого кольорів). Середня густина становить 2900...3200 кг/м3; міцність при стиску -- 200...400 МПа. Застосовують, насамперед, як облицювальний матеріал, особливо лабрадорити. Значні родовища лабрадоритів є в Україні (Житомирська обл.), а також у Росії, Середній Азії, Швеції, Італії, Німеччині, Польщі.

Вивержені уламкові (вулканічні) породи. Ці породи можуть бути сипкими і зцементованими, тому їх властивості змінюються в широких межах.

Сипкі порошкоподібні частинки (до 1 мм) називають вулканічним попелом, крупніші (до 5 см) -- вулканічними пісками, а найкрупніші (до 30 см) -- пемзою.

Вулканічні попіл та піски переважно складаються з вулканічного скла й аморфного кремнезему (у пісках менше скла), насипна густина майже 500 кг/м3. Вони є активними мінеральними добавками, що зв'язують вапно в менш розчинні сполуки. З часів Стародавнього Риму такі добавки називають пуцолановими. Вулканічний пісок є заповнювачем для легких бетонів і розчинів.

Пемза -- це спучене кисле вулканічне скло, середня густина якого становить 300...600 кг/м3. Використовують як активну мінеральну добавку, заповнювач для легких розчинів та бетонів.

Вулканічні туфи -- не пористі породи, утворені внаслідок ущільнення і природного зцементування вулканічних попелу та пісків, мають пористу будову. Найщільніші різновиди називають трасами. Породи, які є проміжними між туфами і лавами, називають туфовими лавами. Всі ці породи міцні, морозостійкі, добре чинять опір вивітрюванню, мають низьку теплопровідність.

Туфи Закарпаття більш щільні і міцні: середня густина -- до 2000 кг/м3, міцність при стиску до 120 МПа; колір -- білий з кремовим відтінком, світло-зелений, зелений.

Туфи легко піддаються розпилюванню. їх застосовують у вигляді пиляного каміння та великих блоків для укладання стін житлових будинків, для влаштування перегородок і вогнестійких перекриттів. Різноманітність забарвлення (сірі, жовті, рожевуваті, коричневі, чор-ні), легкість обробки поверхні (надання декоративного рельєфу або шліфування) та висока міцність зумовлюють цінність цих порід як декоративного матеріалу для зовнішнього й внутрішнього облицювання будівель. Щебінь і пісок із туфів (відходи при обробці виробів або одержані спеціально) використовують як заповнювачі для легких бетонів, а пилувата фракція є активною мінеральною (пуцолановою) добавкою до в'яжучих речовин.

Вулканічні стекла утворюються, коли швидко охолоджуються кислі вулканічні алюмосилікатні породи, що містять у своєму складі деяку кількість лугів та хімічно зв'язану воду. До них належать обсидіан -- темна, часто чорна порода зі скляним блиском та перліт -- вулканічне скло сірувато-блакитного кольору з перлітовою структурою у вигляді концентричних шкаралуп кулястої форми. Шляхом термічної обробки цих порід одержують легкий пористий матеріал -- спучений перліт. Це високоефективний заповнювач для легких бетонів і розчинів, а також основа для виготовлення тепло і звукоізоляційних матеріалів.

Осадові породи

Осадові, або вторинні, породи поділяють залежно від умов утворення на три групи: механічні відклади; хімічні осади; органогенні відклади рослинного (фітогенного) чи тваринного (зоогенного) походження. Внаслідок різноманітного походження структура і властивості осадових порід також досить різноманітні.

Характерні особливості осадових порід: шаруватість залягання (тому їх називають пластовими), у більшості випадків більш пориста будова і менша міцність, ніж у щільних вивержених порід.

Механічні відклади (уламкові породи). Механічні відклади утворилися внаслідок руйнування гірських порід різного походження. На відміну від вивержених порід, вони менш однорідні.

Механічні відклади ділять на сипкі та зцементовані. Сипкі механічні відклади мають різноманітні мінералогічні склади, але їх розрізняють, насамперед, за крупністю зерен. Найкрупнішими є валуни (понад 300 мм) та булижники (150...300 мм). Гравій -- це, як пра-вило, обкочені зерна розмірами від 5 до 150 мм. Гострокутний гравій називають жорствою, або природним щебенем, на відміну від звичайного щебеню, який одержують подрібненням гірських порід на каменедробильних машинах. У природі часто зустрічаються родовища гравію зі значними домішками піщаних зерен. Такий матеріал називають гравійно-піщаною сумішшю. Піски є сипкою сумішшю кварцових, рідше польовошпатних та інших зерен розмірами від 0,16 до 5,0 мм.

Пісковики складаються із зерен піску (як правило, кварцового), скріплених природною цементуючою речовиною, залежно від складу якої порода дістає свою назву, наприклад крем'янисті, вапнякові, глинисті, залізисті та інші пісковики. Для них характерна шарувата будова.

Середня густина пісковиків -- 1900...2800 кг/м3, а міцність при стиску змінюється в широких межах (10... 250 МПа), залежно від виду природної цементуючої речовини, характеру зчеплення її із зернами піску та щільності породи. Більш міцними є крем'янисті пісковики; невелика міцність у глинистих пісковиків, які швидко руйнуються при насиченні водою або навперемінному заморожуванні та відтаванні, вапнякові пісковики взагалі неводостійкі. Колір пісковиків залежить від цементуючої речовини: крем'янисті і вапнякові мають білі та світлі тони; залізисті -- жовті і червонуваті; структура дрібно- і тонкозерниста. їх можна використовувати для укладання фундаментів, стін неопалюваних будинків, для виготовлення тротуарних та облицювальних плит, буту, щебеню. Пісковики, що містять не менше 97% кремнезему, використовують для виготовлення кислототривких матеріалів, для одержання вогнетривів, абразивних виробів тощо. В Україні пісковики зустрічаються в Тернопільській та Житомирській областях.

Конгломерати -- це зцементовані природними в'яжучими речовинами обкочені уламки гірських порід і мінералів. Вони мають строкате забарвлення -- від світлого до бурого кольору; середня густина -- 1500...2900 кг/м3; міцність при стиску змінюється в межах від 5 до 160 МПа. Використовують конгломерати для виготовлення буту і щебеню, а більш щільні та міцні різновиди із зафарбованою у різні кольори галькою, -- як облицювальний матеріал. В Україні родовища конгломератів є в Закарпатті й Криму, зустрічаються також у Середній Азії.

Брекчії -- це уламкові породи, що складаються з кутастих уламків дресви або щебеню, зцементованих природними речовинами.

Кутаста форма уламків забезпечує їх добре зчеплення з природними цементами, тому при деяких видах цих цементів брекчії мають

досить велику міцність, що дозволяє використовувати їх для облицювання. Інші види використовують для виготовлення буту, щебеню, вкладання фундаментів.

Колір брекчій найчастіше бурий. В Україні ця порода зустрічається в Закарпатській області.

Вапняки складаються, в основному, з СаСОз і мають пористість до 20%, забарвлення біле, сіре аж до чорного, жовтувате, буре; середня густина -- 1800...2600 кг/м3, міцність при стиску -- 10... 150 МПа. Застосування: бутовий камінь, щебінь для бетону, облицювальні матеріали (особливо вапняки із оолітовою структурою), сировина для виготовлення вапна та цементу. Кількість глинистої домішки у вапняках може змінюватися в широких межах. Родовища вапняків зустрічаються в Україні (Донецька, Львівська, Одеська обл.).

Доломіти і магнезити за властивостями близькі до щільних вапняків, Для них характерна зернисто-кристалічна структура, вони стійкіші проти вивітрювання.

Доломіт - щільна, приховано-кристалічна карбонатна порода, то складається переважно з мінералу доломіту. Середня густина становить 2500.,,2900 кг/м , міцність при стиску -- 100... 150 МПа. Використовують доломіт при виробництві в'яжучих речовин, вогнетривів, теплоізоляційних матеріалів, скла, а також як заповнювач для бетонів. Зустрічається він в Україні, Італії, Німеччині, Польщі.

Магнезит --- це карбонатна порода, що складається переважно з мінералу магнезиту МgСОз; міцність і середня густина виші, ніж у щільних вапняків. Використовують магнезит для виготовлення мінеральної в'яжучої речовини -- каустичного магнезиту, а також вог-нетривких виробів.

Гіпс (гіпсовий камінь) -- це м'яка кристалічна порода, складена з кристалів СаЗО^НгО, Колір буває білий, сірий, жовтуватий. Середня густина -- 2000...2300 кг/м3, міцність при стиску -- до 30 МПа, Різновиди природного гіпсу: селеніт, який має волокнисту структуру, алебастр -- щільна дрібнозерниста порода сніжно-білого кольору.

Через високу розчинність мінералу гіпсові породи нестійкі. Використовують їх здебільшого для виготовлення в'яжучих речовин, у тому числі спеціальних (модельного, медичного гіпсу), як добавку при виробництві портландцементу, для внутрішнього облицювання, виготовлення різних декоративних виробів, для скульптурних робіт (особливо алебастр).

Великі родовища гіпсових порід є в Україні (Донбас та західні області), а також Росії, Середній Азії, Німеччині, Польщі.

Зоогенні породи утворилися внаслідок відкладання черепашок найпростіших тварин.

Крейда -- біла м'яка вапнякова порода, затверділий морський осад, що складається з мікроскопічних черепашок радіолярій, форамініфер та інших найпростіших тварин. На 90...98% вона складається з СаСОз, зазвичай містить домішки глинистих частинок. Крейду застосовують для виробництва вапна, цементу і скла, приготування фарб, замазок, шпаклівок тощо. Родови-ща розміщені на території південних областей України.

Вапняк-черепашник -- це пориста порода, що складається з черепашок і панцерів молюсків, слабко зцементованих вапняковою речовиною, містить домішки глини, кремнезему. Середня густина 800...1800 кг/м3; міцність при стиску -- 0,4... 15,0 МПа і більше. Легко піддається розпилюванню. Використовують його як місцевий стіновий матеріал для малоповерхового житлового будівництва. Різновид вапняку-черепашнику з міцністю до 15 МПа застосовують для облицювання стін, виготовлення щебеню для легкого бетону, а також для мурування стін у вигляді каміння та великих блоків, довнща вапняку-черепашнику в Україні зустрічаються у Придніпров'ї та Криму.

Метаморфічні породи

Ці породи утворилися внаслідок процесів метаморфізації первинних (вивержених) та вторинних (осадових) порід під дією високих тисків та температур. Залежно від текстурних особливостей, їх поділяють на масивні (мармур, кварцит) та шаруваті (гнейс, сланці).

Мармури утворилися внаслідок перекристалізації вапняків, іноді доломітів під впливом високих температур і тисків. Складаються, в основному, з кальциту; їх структура буває дрібно-, середньо- та крупнозернистою; колір різноманітний, із багатьма відтінками залежно від виду домішок, а саме: білий, сірий, жовтуватий, блідо-рожевий, червоний, бурий, зеленуватий, чорний, часто зустрічаються прожилки та візерунки. Найдовговічнішими є білі дрібнозернисті мармури.

Середня густина становить 2600...2800 кг/м3 (у доломітових до 2900 кг/м3); водопоглинання -- 0,1...0,7%; міцність при стиску --50...300 МПа. Легко розпилюються на тонкі плити, добре шліфуються й поліруються (особливо дрібнозернисті). Під дією атмосферних факторів, особливо в умовах сульфатної корозії, поверхня полірованого мармуру втрачає свій вигляд і зазнає помітного руйнування. При цьому процес хімічної корозії доповнюється фізичною -- розпушуванням кальциту зі збільшенням об'єму на 10...15%. У зв'язку з цим не рекомендується використовувати мармурові плити без захисту для зовнішнього облицювання, недоцільно його застосовувати для влаштування підлог у спорудах з інтенсивним рухом людей (швидко зношується). Найчастіше мармур використовують для внутрішнього облицювання громадських споруд, виготовлення декоративно-художніх виробів, а мармурові відходи (дрібняк) -- для декоративних бетонів і мозаїчних виробів. Відомі родовища мармурів в Закарпатській, Чернівецькій, Івано-Франківській, Житомирській, Донецькій, Харківській, Кам'янець-Подільській областях, а також у Криму.

Кварцити -- це перекристалізовані в умовах метаморфізму кварцові пісковики, в яких зерна кварцу невіддільні від крем'янистого цементу. Вони містять 95,..99% SіО2; колір білий, сірий, від рожевого до темно-вишневого та бурого; середня густина -- 2650 кг/м3; міцність при стиску -- 100 .,500 МПа. Висока кислотостійкість і атомосферотсыйкысть обумовлюють довговічність цих порід.

Через високу твердість важко обробляються, їх застосовують в особливо відповідальних частинах споруд і конструкцій, для зовнішніх облицювань високого класу, а також як бутовий камінь і щебінь, сировину для динасових вогнетривких виробів. Відомі родовита в Житомирській області, в Криворіжжі.

Гнейси є найпоширенішими серед видозмінених вивержених порід. За мінералогічним складом, середньою густиною та міцністю вони подібні до гранітів, з яких і утворилися в умовах метаморфізму, мають так звану сланцювату будову.

Порівно з гранітами вони є менш міцними і менш стійкими до вивітрювання. Застосовують гнейси здебільшого для укладання фундаментів, бутової кладки, брукування доріг, а використання у вигляді щебеню для бетону обмежується через лещадну форму зерен. Зазвичай гнейси залягають разом з гранітами. Зустрічаються проміжні породи --- гранітогнейси.

Глинисті сланці -- це щільні й тверді глинисті породи сланцюватої будови. Вони утворюються з глин внаслідок процесів метаморфізму та набувають високої водостійкості й стійкості проти вивітрювання. Колір зазвичай -- темно-сірий, коричневий, чорний. Істинна густина становить 2,7...2,8 г/см3; пористість -- 0,3...3,0%; міцність при стиску -- 50...240 МПа. Застосовують для виготовлення керамічних матеріалів і виробів. Відомі родовища в Запорізькій області, Карпатах.



Сировина і технологія виготовлення

Природні кам'яні будівельні матеріали.

Природні кам'яні матеріали одержують шляхом механічної обробки скельних гірських порід. При цьому руйнується монолітність вихідної сировини і частково його структура. В основі класифікації природних кам'яних матеріалів лежить технологія їх виробництва.

Весь комплекс робіт з видобутку кам'яних матеріалів називають гірничими роботами. Розроблювані родовища іменуються кар'єрами, а вироблені простори, які утворюються в процесі видобутку копалин - кар'єрними виробками. Зазвичай при видобутку корисних копалин попутно отримують певну кількість непридатною для будівництва так званої порожньої породи. кам'яний матеріал природний

При виборі методу розробки враховують місцеві умови, вид породи, глибину і характер її залягання. Розробка гірської породи в залежності від умов залягання може бути відкрита або підземна.

Видобуток твердих масивних гірських порід ведеться буропідривним способом, менш тверді шаруваті і тріщинуваті породи розробляються буроклиновим і удароклиновим способами. М'які породи розпилюють на блоки правильної геометричної форми спеціальними каменерізними машинами безпосередньо на місці залягання породи. Машини особливо ефективні при підземних виробках слабких і м'яких порід, наприклад черепашнику, вапняних туфів і т.п. Більш тверді породи (мармури, граніти) розпилюють на штучний камінь, блоки та плити пилами зі сталевими дисками, армованими пластинками твердих сплавів або з абразивними порошками.

При цьому утворюється велика кількість відходів від камнепиляння. Утилізація і доцільне їх використання в промисловості та архітектурно-будівельній практиці - важлива народногосподарська проблема.

Видобуток пухких гірських порід (піску, гравію) здійснюють відкритим способом за допомогою екскаваторів або гідромеханічним, при якому вода, що подається гідромонітором під великим тиском, розпушує грунт. Потім, після розмиву, з пульпи виділяють готову продукцію. Гравій з дна озер і прибережної частини морів добувають плавучими механізмами - драгами .

Можливість вибору кам'яної породи і масового її використання в будівництві залежить від рівня механізації сучасних процесів видобутку та обробки природного каменю. Так, механізований видобуток за допомогою стінорізних машин можлива переважно для порід середньої твердості і м'яких. Тому в архітектурі будівель, зведених в останні десятиліття, спостерігається переважання травертинів, туфів, вапняків і мармурів. Породи же твердого каменю, видобуток і обробка яких вельми трудомістка, використовуються обмежено.

Природний камінь, доставлений з кар'єрів, піддається подальшій обробці, розпилюванню і обробці для отримання різних видів поверхні: грубої або порівняно гладкою, зокрема із застосуванням шліфування і полірування. Для обробки використовують пневматичні інструменти та верстати, за допомогою яких отримують необхідну фактуру: горбисту, рифлену, бороздчатую та ін.

Для по одержанні щебеню, кам'яної крихти, дробленого піску породи після їх видобутку піддають дробленню і подрібненню в каменедробарках з подальшими операціями з фракціонування, збагаченню, промиванню і т.д. Для отримання крупно-, середньо-і дрібнозернистих мінеральних матеріалів використовують відходи, одержувані на кар'єрах або на каменедробильних заводах і установках. Особливо цінними відходами є побічні продукти при розпилюванні та обробленні при-родного декоративного каменю (мармуру, граніту, кварциту). При змішуванні з цементом з них виробляють великі блоки, декоративні плити і пр.

По виду обробки природні кам'яні матеріали ділять на такі основні види: грубообработанних (бутовий і валунний камінь, щебінь, гравій і пісок); штучний камінь і блоки правильної форми (для кладки стін та ін.); плити з різна обробленої поверхнею (лицювальні для стін, підлоги і ін.); профільовані деталі (сходи, підвіконня, пояски, лиштви, капітелі колон тощо); вироби для дорожнього будівництва (бортовий камінь, бруківка, шашка для мощення). За способом виготовлення природні кам'яні матеріали та вироби діляться на пилені (стінові камені і блоки, облицювальні плити, плити для підлоги і для мощення внутрішніх двориків) і колоті (бортові камені, камені тесані, бруківка, шашка для мощення). Використовуючи ударну і абразивну обробку, природному каменю надають ту чи іншу фактуру.

Сучасні способи фактурної обробки природної декоративного каменю дозволяють найбільш повно розкрити його багатющі архітектурно-художні можливості. Залежно від способу обробки лицьової поверхні кам'яних матеріалів їх фактури ділять на ударні, абразивні і термооброблені. Ударні фактури, одержувані обробкою поверхні механізованими, рідше ручними, ударними інструментами, розрізняють за характером обробки і висоті рельєфу: скельна (або фактура скелі) - більше 50 мм, горбиста - більш 5 мм, рифлена - 1-3 мм, точкова - 0,5-2 мм.

Штучні кам'яні будівельні матеріали.

Абразивні (гладкі) фактури отримують механізованим способом - розпилюванням, фрезеруванням і стиранням поверхні з застосуванням абразивних матеріалів (шліфуванням і поліруванням). Матова гладка поверхня може бути отримана обробкою каменю ультразвуком у водному середовищі. Шорстку термооброблену (вогневу) фактуру отримують за допомогою спеціальних термоінструментів.

Залежно від витрати води, використовуваної для приготування азбестоцементної суміші, розрізняють три способи виготовлення азбестоцементних виробів:

- мокрий, при якому виріб формують із суспензії азбесто-цементу (8-16%) і води (92-84%);

- напівсухий, при якому виріб одержують з концентрованої маси із вмістом води 20-40%;

- сухий, при якому виріб виготовляють зі зволоженої азбестоцементної суміші з вмістом води 12-16%.

Технологія виготовлення азбестоцементних виробів включає наступні технологічні операції: приготування шихти азбесту, розпушування азбесту, змішування його з цементом і водою, формування виробів, їхнє твердіння, механічна обробка виробів.

Приготування шихти являє собою змішання декількох сортів азбесту (3, 4, 5 і 6 сортів з довжиною волокон від 0,3 до 10 мм) для забезпечення високої щільності і водоутримучої здатності азбестоцементної маси. Залежно від способу виробництво здійснюється в різних пристроях. При мокрому способі виробництва - у турбозмішувачах, при сухому і напівсухом - спочатку в змішувачі сухих компонентів, потім у бетонозмішувачі циклічної дії.

Розпушування азбесту здійснюється в гідророзпушувачах чи голлендерах при мокрому способі, в дезінтеграторах при всіх способах виробництва. Зазначена технологічна операція необхідна для розщеплення азбесту на окремі волокна.

Формування азбестоцементних виробів полягає у відфільтруванні води з азбестоцементної маси до необхідного ущільнення і додання їй заданих форм і розмірів шляхом пресування чи хвилястості на пресах і безпрокладочних хвилеровщиках.

Твердіння азбестоцементних виробів проводять у дві стадії. Перша стадія (попереднє твердіння) забезпечує подальше внутрішньозаводське транспортування виробів. Її тривалість - 6-8 годин. Виріб набирає міцність у пропарювальних камерах при температурі 50-600С. Друга стадія (остаточне твердіння) виконується у закритих приміщеннях (теплих складах) протягом 7 діб, якщо виріб виконаний на портландцементі, і в автоклавах, якщо для виготовлення застосовувався піщанистий цемент.

Механічна обробка являє собою обрізку країв листів, обрізку труб по торцях, обточування кінців і т.д. Ці види обробки виконують після остаточного твердіння виробів.

Размещено на Allbest.ru