строительный материал природный камень
Основной характеристикой строительного материала является его долговечность. Строительные материалы должны обладать повышенными качествами прочности, иметь способность к сопротивлению внешним факторам. Каждый материал имеет свой предел прочности. О долговечности можно судить с момента критических изменений материала, до наступления потери упругости или иных нарушений. Долговечность строительных материалов не всегда соответствует нашим требованиям и желаниям. Для большей долговечности материала его структуру необходимо упрочнить под влиянием условий внешней среды и определенных нагрузок.
Природный камень — это экологически чистый материал, который обладает неповторимой фактурой и безупречным качеством. Именно из такого материала строят лучшие архитектурные шедевры во всем мире. Высокая прочность и долговечность делают этот камень непревзойденным материалом для различных интерьерных и архитектурных решений. Сам по себе камень имеет обширное применение от ландшафтного до декоративного использования внутри помещений. Природный камень придаёт интерьеру неповторимый изысканный вид, утончённый стиль и потрясающую экологическую атмосферу. Самые популярные виды декоративного камня уже давно пользуются популярностью у скульпторов и дизайнеров интерьеров. Горные породы являются главным источником для получения строительных материалов, их используют в промышленности строительных материалов как сырье для изготовления керамики, стекла, теплоизоляционных и других материалов, а также для производства неорганических вяжущих веществ — цементов, извести и строительного гипса. Сотни миллионов кубометров песка, гравия и щебня применяют ежегодно в качестве заполнителей для бетонов и растворов.
Широко используют природные каменные материалы и изделия, получаемые механической обработкой горных пород (раскалыванием, распиливанием, шлифованием, полированием, дроблением и т.п.).
Это плиты из гранита, мрамора, известняка и других горных пород для декоративной облицовки и защиты строительных конструкций от коррозии.
Казахстан по запасам и разнообразию горных пород не имеет себе равных. Изыскания, проведенные в больших масштабах дают полное представление о запасах и географическом размещении минерального сырья.
При разработке горных пород важным показателем эффективности производства являются отходы, их количество характеризует затраты на конечный продукт.
В наше время характерно бурное развитие промышленности строительных материалов. C традиционными материалами все шире применяются новые, а также природные, такие как травертин. Наличие широчайшего спектра искусственных материалов на рынке связано в том числе и с тем, что механические способы переработки сырья все более вытесняются современными физико-химическими методами. Однако надо признать, что природный камень благодаря своим разнообразным свойствам, высокой прочности, долговечности, неповторимой цветовой палитре и неограниченным запасам был и остается на сегодняшний день широко применяемым материалом. До наших дней сохранились неповторимые сооружения из природного камня: храмы, арены, соборы, акведуки и многое другое. Остановимся на одном из таких удивительных природных камней — травертине. Истоки его применения уводят нас в древние времена. Некоторые сооружения, в которых использовался травертин (Римский Колизей) сохранились и по сей день, и радуют нас своей необычайной теплотой, неповторимым величием и великолепием. Сфера его применения разнообразна и охватывает внешнюю и внутреннюю облицовку. Изделия из травертина: карнизы, колонны, балясины, столешницы, ступени, вазы, фонтаны и многое другое широко использовались и используются в настоящее время.
Строительные материалы
... механической обработке можно получить природный битум или асфальт, камыш, торф, костру и другие природные продукты. Природными каменными материалами называют строительные материалы, получаемые из горных пород за счет ... в виде обрезков, которые используют для устройства мозаичных полов. Из природного камня, кроме облицовочных плит, изготовляют профильные детали, например плинтусы, угловые детали ...
1. Факторы, влияющие на долговечность строительных материалов
Долговечность — комплексное свойство, количественно выражаемое продолжительностью эффективного сопротивления материала всему комплексу воздействий в эксплуатационный период работы до соответствующего критического уровня.
Долговечность строительных материалов не всегда соответствует нашим требованиям и желаниям. Для большей долговечности материала его структуру необходимо упрочнить под влиянием условий внешней среды и определенных нагрузок.
В период эксплуатации строительного материала в его контактных зонах и вяжущих частях возникают вторичные структурные центры, которые со временем только укрепляются. Объединившись с первичными центрами структуры в единое целое, они принимают участие в дополнительных процессах, направленных на уплотнение структуры строительного материала за счет увеличения концентрации твердых фаз, являющихся основным носителем упрочнения.
В результате проведения таких манипуляций, возникает не только упрочнение структуры строительного материала относительно механических нагрузок, но и улучшение других имеющихся свойств.
Ярким примером упрочнения структуры материала в эксплуатационном периоде является цементный бетон и его вяжущие части при контакте со щавелевой кислотой. Кислота способна проникать в поры бетона и образовывать там малорастворимые соли в сочетании с плотными продуктами, которые имеют низкую диффузионную проницаемость.
Однако нельзя путать упрочнение структуры строительного материала с отвердением, связанным со старением материала. Положительно влияющим на долговечность можно считать упрочнение, не связанное с так называемым «старением» материала, следствием которого является повышенная хрупкость.
Для определения факторов и свойств, влияющих на долговечность строительных материалов, изучают структуру материалов на молекулярном, надмолекулярном и макроскопических уровнях, а потом переходят к изучению их физических свойств.
Существует три основных факторов влияющие на долговечность: физические, химические и механические.
2. Строительные материалы из природного камня
Таблица 2.1 — Материалы и изделия из природного камня
|
Наименование продукции |
Область применения продукции |
Наименование нормативно-технической документации |
|
|
Камень бутовый |
В строительстве для кладки фундаментов, наброски, бутобетон |
Территориальные технические условия |
|
|
Камни стеновые |
Пиленые стеновые камни из горных пород, предназначенные для кладки стен, перегородок и др. частей зданий и сооружений |
ГОСТ 4001-84 «Камни стеновые из горных пород» |
|
|
Блоки из природного камня |
Для изготовления облицовочных плит, архитектурно-строительных изделий, бортовых камней, брусчатых камней, заготовок для реставрации работ, минерал, изделий |
ГОСТ 9479-98 «Блоки из горных пород для производства облицовочных, архитектурно-строительных, мемориальных и других изделий» |
|
|
Плиты облицовочные пиленые из природного камня |
Облицовочные плиты, изготовленные распиливанием блоков из природного камня и предназначенные для наружной и внутренней облицовки элементов зданий и сооружений |
ГОСТ 30629-99 «Материалы и изделия облицовочные из горных пород» |
|
|
Камни бортовые |
Дорожное строительство |
ГОСТ 6666-81 «Камни бортовые из горных пород» |
|
|
Изделия архитектурно-строительные |
Пиленые и колотые изделия с различной абразивной обработкой поверхности |
ГОСТ 23342-91 «Изделия архитектурно-строительные из природного камня» |
|
|
Камень брусчатый |
Дорожное строительство для устройства покрытий на городских площадях, улицах, трамвайных путях и городских автодорогах |
Территориальные технические условия |
|
|
Плиты декоративные на основе природного камня |
В строительстве для наружной и внутренней облицовки зданий и сооружений. Изготавливаются с использованием природного камня и неорганических или синтетических связующих |
ГОСТ 24099-80 «Плиты декоративные на основе природного камня» |
|
|
Щебень и пески декоративные |
Заполнители декоративные для бетонов и растворов |
ГОСТ 22856-89 «Щебень и песок декоративные из природного камня» |
|
Таблица 2.2 — Типы и размеры камней стеновых из горных пород (по ГОСТ 4001-84)
|
Тип камня |
Номинальные размеры, мм, по |
Объем одного камня, м |
Количество камней в 1 м, шт |
|||
|
длине |
Ширине |
высоте |
||||
|
Полномерные камни |
||||||
|
I |
390 |
190 |
188 |
0,0139 |
72 |
|
|
II |
490 |
240 |
188 |
0,0221 |
45 |
|
|
III |
390 |
190 |
288 |
0,0213 |
47 |
|
|
Неполномерные камни |
||||||
|
3/4 I |
292 |
190 |
188 |
0,0104 |
96 |
|
|
3/4 II |
367 |
240 |
188 |
0,0165 |
61 |
|
|
3/4 III |
292 |
109 |
288 |
0,0160 |
62 |
|
|
1/2 I |
165 |
190 |
188 |
0,0070 |
143 |
|
|
1/2 II |
245 |
240 |
188 |
0,0111 |
90 |
|
Рис. 2.1 Бутовый камень, Рис. 2.2 Натуральный камень, Рис. 2.3 Ограждения из изделий природного камня
3. Получение изделий из природного камня
Получение изделий из природного камня. Строительные материалы и изделия из природного камня получают путем их механической обработки (пиление, дробление, шлифование, полировка и пр.) В результате такой механической обработки природные каменные материалы почти полностью сохраняют физико-механические свойства горной породы, из которой они были получены, а их визуальные преимущества очевидны. Природный камень используют для облицовки зданий и инженерных сооружений.
В наше время характерно бурное развитие промышленности строительных материалов. C традиционными материалами все шире применяются новые, а также природные, такие как травертин. Наличие широчайшего спектра искусственных материалов на рынке связано в том числе и с тем, что механические способы переработки сырья все более вытесняются современными физико-химическими методами. Однако надо признать, что природный камень благодаря своим разнообразным свойствам, высокой прочности, долговечности, неповторимой цветовой палитре и неограниченным запасам был и остается на сегодняшний день широко применяемым материалом. До наших дней сохранились неповторимые сооружения из природного камня: храмы, арены, соборы, акведуки и многое другое. Остановимся на одном из таких удивительных природных камней — травертине. Истоки его применения уводят нас в древние времена. Некоторые сооружения, в которых использовался травертин (Римский Колизей) сохранились и по сей день, и радуют нас своей необычайной теплотой, неповторимым величием и великолепием. Сфера его применения разнообразна и охватывает внешнюю и внутреннюю облицовку. Изделия из травертина: карнизы, колонны, балясины, столешницы, ступени, вазы, фонтаны и многое другое широко использовались и используются в настоящее время. Травертин является пористым известняком. Его скопления образуются в результате осаждения карбоната кальция из холодных или горячих источников. Травертин — это прекрасный и удобный строительный и отделочный материал. Его твердость невелика и он хорошо поддается обработке. Он абсолютно безопасен для человека, что позволяет применять его внутри зданий. Он также содержит отпечатки растений, что делает рисунок каждой плиты оригинальным, умеренно стирается, поэтому его могут использовать также в качестве напольного покрытия. На облицовочных плитах из травертина имеются поры, которые могут заполняться специальной замазкой. Замазка может быть как прозрачной, что делает поверхность плит ровной, при этом сохраняется ощущение пористости и неоднородности его цвета, так и под цвет камня. Благодаря высокой теплопроводности травертин используется в оформлении каминов. Если принять во внимание основные преимущества травертина: его безопасность по всем показателям для человека, уникальность каждого орнамента, каждой плиты, его необычайно теплую цветовую палитру, то напрашивается вывод, что травертин является очень удобным и привлекательным строительным материалом, использование которого в жилище придаст ему ауру роскоши и неповторимости. На таблице 3.1 указаны способы получения изделий из природного камня.
Таблица 3.1 — Способы получения изделий из природного камня
|
Способ получения фактуры |
|||
|
Полированная |
Полировка войлочными или фетровыми кругами с применением полирующих порошков или твердых полировальников |
Зеркальный блеск на поверхности, четкое отражение предметов |
|
|
Лощеная |
Шлифование абразивами без накатки глянца |
Гладкая матовая поверхность без следов обработки, полное выявление рисунка камня |
|
|
Шлифованная |
Шлифование абразивами с постепенным уменьшением крупности зерен |
Равномерная шероховатая поверхность со следами обработки, с высотой неровностей рельефа до 0,5 мм |
|
|
Пиленая А |
Распиловка рамными станками с алмазными штрипсами или дисковыми станками |
Неравномерная шероховатая поверхность с высотой рельефа до 1 мм |
|
|
Пиленая Б |
Распиловка рамными станками со стальными штрипсами с помощью свободного абразива |
Неравномерная шероховатая поверхность с редкими штрихами от зерен крупного абразива с высотой неровностей рельефа до 3 мм |
|
|
Обработанная ультразвуком |
Обработка магнитостриктором в абразивной среде |
Матовая поверхность с выявленным цветом и рисунком камня |
|
|
Термообработанная |
Обработка термоинструментом |
Шероховатая поверхность со следами шелушения |
|
Рис. 3.1 Плиты из природного камня
Рис. 3.2 Дом из изделий природного камня, Рис. 3.3 Лестничный марш из изделий природного камня
4. Применение и классификация изделий из природного камня
Природные каменные материалы, обладая высокой атмосферостойкостью, прочностью и красивой окраской, широко применяют в строительстве в виде блоков для кладки стен и фундаментов зданий и сооружений, в виде облицовочных плит и камней для наружных и внутренних стен зданий и сооружений, при строительстве дорог, тротуаров, набережных, подпорных стенок и других сооружений, к материалам которых предъявляются особые требования по прочности долговечности и декоративности. Как и всякий строительный материал, природные каменные материалы должны удовлетворять ряду требований. Основными показателями качества природных каменных материалов являются предел прочности при сжатии (марка материала), средняя плотность, морозостойкость и коэффициент размягчения. Кроме того, в специальных случаях определяют истираемость, износостойкость, сопротивление удару и другие показатели. В соответствии со СНиПом каменные материалы классифицируют по следующим признакам (см. таб.4.1).
Таблица 4.1 — Плотность природного камня
|
Плотности |
обыкновенные (тяжелые) с плотностью 1800 кг/м3 и более, легкие-менее 1800 кг/м3 |
|
|
Пределу прочности при сжатии |
для обыкновенных 10… 100 МПа, а для легких 0,4…20 МПа |
|
|
Степени морозостойкости |
обыкновенные тяжелые имеют марки F15…500; легкие — F10…25 |
|
|
Степени водостойкости (коэффициенту размягчения) |
0,6…1 |
|
Таблица 4.2 — Классификация облицовочного камня по долговечности
|
Группа камня по долговечности |
Наименование камня |
Первые признаки начала разрушения, годы (лет) |
|
|
Весьма долговечные |
Кварциты, мелкозернистые граниты |
650 |
|
|
Долговечные |
Крупнозернистые граниты, сиениты, габбро, лабрадоры |
220…350 |
|
|
Относительно долговечные |
Белые мраморы, плотные известняки и доломиты |
75… 150 |
|
|
Недолговечные |
Цветные мраморы, гипсовые камни, пористые известняки |
20…75 |
|
Выбор горных пород для производства строительных материалов и изделий производят на основании результатов испытаний образцов из них и технико-экономического анализа, целесообразности использования данной породы в конкретных условиях. Для кладки фундаментов и стен подземных частей зданий применяют бутовый, колотый и пиленый камень из плотных изверженных, осадочных и метаморфических горных пород. Коэффициент размягчения камня, используемого для этих целей, должен быть не менее 0,7, морозостойкость — не ниже F15. В зависимости от формы бутовый камень бывает рваный, постелистый и лещадный. Бутовый камень имеет размеры 150…500мм.
Изделия и материалы, применяемые для кладки фундаментов и подземных стен, изготовляют из однородного камня, не имеющего следов выветривания, прослоек глины, а также расслоений и трещин. Для кладки надземных стен (устоев мостов, укреплений откосов насыпей и берегов рек, кладки подпорочных и для дробления на щебень применяют пиленые и колотые штучные камни, получаемые из известняков, доломитов, песчаников, вулканических туфов. Лицевая поверхность стеновых камней и крупных стеновых блоков должна отвечать требованиям декоративности. Известняки и туфы, применяемые для изготовления стеновых камней, должны иметь плотность 900…2200 кг/м3, предел прочности при сжатии 0,4…50 МПа, морозостойкость не ниже F15, коэффициент размягчения 0,6…0,7. Размеры стеновых камней 390х190х188 и 490х240х188 мм. Каждый такой камень заменяет 8…16 кирпичей.
Крупные стеновые блоки изготовляют из горных пород с плотностью до 2200 кг/м3 и пределом прочности при сжатии 2,5 МПа и выше. Крупные стеновые блоки, предназначенные для механизированной укладки, имеют размеры от 300х800х900 до 3000х1000х500мм.
Наружную облицовку зданий выполняют из плит и фасонных деталей из плотных и атмосферостойких пород, в основном из глубинных изверженных (граниты, сиениты, габбро и др.) или плотных известняков. Именно использование известняка для облицовки московских зданий дало Москве эпитет «белокаменная»; в Армении основной облицовочный материал — вулканический туф.
Внутреннюю облицовку зданий производят плитами из пород средней твердости: мраморов, пористых известняков (травертина, ракушечника) и др. Пористые породы кроме декоративного эффекта обеспечивают хорошую акустику помещений и поэтому рекомендуются для театров и кинотеатров.
Облицовочные плиты и камни, элементы лестниц и площадок, парапетов и ограждений изготовляют из блоков природного камня путем их распиливания или раскалывания с последующей механической обработкой. В зависимости от физико-механических свойств и строения исходной горной породы блоки делят на четыре группы (См на таблицу 4.3)(См напризнакам (см. таб.4.1).
Таблица 4.3 — Группы горных пород
|
I |
Блоки из гранита, сиенита, диорита, лабрадорита, габбро, кварцита, базальта, диабаза. |
|
|
II |
Блоки из мрамора, брекчии и конгломератов, карбонатных пород и гипсового камня. |
|
|
III |
Блоки из известняка и песчаника. |
|
|
IV |
Блоки из вулканического туфа. |
|
Горные породы, применяемые для изготовления блоков, должны иметь предел прочности при сжатии не менее 5 МПа, морозостойкость не менее F15, коэффициент размягчения 0,7…0,9. Размеры и объем блоков зависят от горной породы, из которой они изготовлены. Наименьший размер блоков из туфа 0,2… 0,4м3, наибольший 0,7… 1,0 м3, а из гранита 0,5…3 м3.
Блоки, предназначенные для распиливания, не должны иметь сквозных трещин. Тонкие извилистые трещины, выходящие на две смежные грани, допускаются только в блоках из цветного мрамора.
Облицовочные плиты и камни изготовляют путем раскалывания или распиливания блоков-полуфабрикатов. Облицовочным плитам придают самую разнообразную фактуру лицевой поверхности: зеркальную (полированную), получаемую из плотных горных пород (гранита, лабрадорита, мрамора, мраморовидного известняка, брекчии, конгломерата) обработкой полировочным порошком с накаткой глянца; лощеную — обработкой шлифовальным порошком без накатки глянца на плитах, изготовленных из плотных горных пород, исключая гипсовый камень; шлифовальную — шлифованием абразивными инструментами лицевой поверхности плит, изготовленных из гранита, сиенита, лабрадорита, известняка, вулканического туфа и других горных пород; пиленую — распиливанием на канатных пилах или распиловочных станках с прямолинейным движением рамы; точечную — обработкой крестовой бучардой; бороздчатую — применением пластинчатой бучарды или катучей фрезы; рифленую — обработкой фрезой; фактуру «скала» — раскалыванием камня с дополнительным околом лицевой грани по периметру.
Плиты, применяемые для настилки полов и облицовки стен, имеют прямоугольную форму и размеры в зависимости от породы и фактуры поверхности камня. Для фактуры «скала» изделия должны иметь толщину не менее 150 мм; для точечной, бороздчатой и рифленой фактуры — не менее 60 мм, а зеркальной поверхности — не менее 12 мм. Плиты изготовляют шириной 200…400 мм и длиной 300… 1000 мм. Из более прочных пород плиты изготовляют больших, а из менее прочных — меньших размеров. Примером неправильного инженерного решения было устройство мраморных полов или сочетание гранитных и мраморных плит на некоторых станциях метро, приводящее к нарушению ровности пола. К профильным элементам облицовки стен относятся цокольные плиты и камни для обрамления порталов, пояски карнизов, угловые и подоконные плиты. Их изготовляют из тех же материалов, что и облицовочные плиты, и придают самую разнообразную фактуру лицевой поверхности.
Элементы лестниц и площадок, парапеты и ограждения делают из мрамора, известняка, туфа, гранита, сиенита и других горных пород. Так же как и облицовочным плитам, лицевой поверхности элементов лестниц и площадок, парапетов и ограждений придают самую разнообразную фактуру в зависимости от вида горной породы.
При изготовлении различных художественных предметов народного потребления, выполнении мозаичных работ и высокодекоративных отделок монументальных зданий широко применяют поделочный камень: яшму, родонит (орлец), лазурит, нефрит, малахит, янтарь и др. Необыкновенно обширная палитра красок, включающая практически все цвета спектра и бесконечно разнообразное количество оттенков, позволяет создавать из поделочного камня высокохудожественные произведения искусства. Многие его разновидности обладают выявляемым в разрезе после полировки природным рисунком и узором, чарующим своей фантастичностью, неповторимостью сюжета и необычностью сочетания красок.
Яшмы цветные и пестроцветные, зеленого и красного цветов, обладающие высокой твердостью и прочностью, представляют большой интерес. Встречается яшма на Урале, в Караганде, Крыму, Закарпатье и других местах.
Родонит (орлец) представляет собой мелкозернистую породу, обладающую широким диапазоном красных расцветок древовидного рисунка от бледно-розового до интенсивно красного. Орлец является полупрозрачным материалом. Благодаря значительным запасам этого камня в нашей стране его широко использовали при отделке станции «Маяковская» Московского метрополитена им. В. И. Ленина и других зданий.
Нефрит — природный камень зеленого цвета. Обладая высокой твердостью и вязкостью, он трудно поддается обработке, однако это же его свойство обеспечивает возможность добиться исключительных эффектов в результате получения тончайших узоров.
Лазурит от бледно-голубого до ярко-синего цвета с вкраплениями золотистого обладает сравнительно небольшой твердостью. Янтарь желтый прозрачный имеет большую твердость. Известны случаи применения янтаря для отделки внутренних помещений дворцов.
Природный гипс от белого до голубого цвета является широко распространенным поделочным камнем. Низкая твердость гипсового камня позволяет легко изготовлять из него сложные скульптурные изделия для интерьеров зданий, а также применять его в качестве облицовочного материала, более экономичного, чем мрамор.
Поделочные камни применяют не только для отделки интерьеров общественных зданий, но и в различных областях техники. Материалы и изделия для дорожного строительства — бортовые камни, брусчатку, колотый или булыжный камень, щебень, песок и минеральный порошок — получают из изверженных и осадочных горных пород.
Изверженные горные породы должны обладать следующими свойствами: предел прочности при сжатии глубинных горных пород — не менее 100, излившихся — не менее 60 МПа, коэффициент размягчения — не менее 0,9, водо-поглощение — не более 1,0%, морозостойкость — не менее F25, сопротивление удару-не менее 150 Н- см/см3, плотность — 2300 кг/м3 и более.
Осадочные горные породы должны иметь плотность 2100 кг/м3, коэффициент размягчения не менее 0,75, водопоглощение не более 4%, морозостойкость не менее F25 и сопротивление удару 150 Н-см/см3. Горные породы не должны быть затронуты выветриванием.
Бортовые камни применяют для отделения проезжей части улиц от тротуаров, а также автомобильных дорог от тротуаров на уникальных мостах и в туннелях. По форме бортовой камень представляет собой брус длиной 70…200 см с наклонной или вертикальной лицевой гранью в поперечном сечении. Верхняя часть выступающая над дорожным покрытием, обтесана чисто, а нижняя часть — грубо. По размерам бортовой камень бывает низкий — 30 см и высокий — 40 см с шириной по верху 10, 15 и 20 см.
Брусчатка — колотые или тесаные бруски высотой 10…16 см, шириной 12…15 см и длиной 15…25 см, по форме близки к параллелепипеду, а лицевая поверхность имеет форму прямоугольника. Предел прочности при сжатии исходной породы не ниже 100 МПа, водопоглощение не более 0,6%. Применяют при устройстве мостовых (особенно часто при крутых подъемах и спусках), трамвайного полотна, посадочных площадок трамвая и пр.
Колотый булыжный камень используют для укрепления откосов земляных покрытий и оснований. Колотый камень по форме близок к многогранной призме или усеченной пирамиде с площадью лицевой поверхности 100, 200 и 400 см2 при соответствующей высоте 16, 20 и 30 см. Лицевая поверхность и постель должны быть параллельны, на боковых гранях не должно быть выступов, препятствующих плотному примыканию к другому камню. Булыжный камень имеет овальную форму, его лицевая сторона должна быть больше поверхности постели. Размеры булыжного камня такие же, как и колотого камня. Для подземных сооружений и мостов применяют плиты и камни из изверженных и осадочных горных пород. Для облицовки туннелей и надводных частей мостов используют гранит, диорит, габбро, диабаз, базальт с пределом прочности при сжатии не ниже 100 МПа.
Морозостойкость указанных горных пород для этих целей F150…500. При изготовлении облицовочных плит из плотного известняка или песчаника их прочность должна быть не ниже 60, а морозостойкость не менее F100. Для облицовки подводных частей мостов применяют изделия из гранита, диорита, базальта и диабаза с пределом прочности при сжатии не менее 100 МПа и морозостойкостью не менее F150. Лицевые камни и облицовочные плиты для туннелей и мостов обрабатывают под фактуры «скала», бороздчатую или рифленую. Размеры и формы плит и камней устанавливают проектом.
Для гидротехнических сооружений применяют природные камни правильной или неправильной формы (рваные, обкатанные, колотые и пиленые, а также щебень), получаемые из изверженных, метаморфических или осадочных пород. Камни не должны иметь признаков выветривания, прослоек мягких пород — глины, гипса и других размокаемых и растворимых включений, а также рыхлых включений ракушек и видимых расслоений и трещин.
Камни для гидротехнического строительства, используемые для внутренней части набросанных плотин, могут быть из осадочных пород прочностью 60…80 МПа с коэффициентом размягчения не менее 0,7…0,8.
Каменные материалы проверяют на влияние веществ, растворенных в воде (морской, грунтовой, речной, болотной).
Жаростойкие и химически стойкие материалы и изделия изготовляют из горных пород, не затронутых выветриванием. Для материалов и изделий, работающих в условиях высоких температур, используют хромит, базальт, диабаз, андезит, туф. Для защиты конструкций зданий от кислот (кроме плавиковой и кремнефтористоводородной) применяют облицовочные плиты из гранита, сиенита, диорита, кварцита, андезита, трахита, базальта, диабаза и кремнистого песчаника. Защита от щелочей достигается применением изделий из плотных известняков, доломитов, мрамора, магнезита и известкового песчаника. Для защиты от действия высокой температуры и агрессивных сред используют камни правильной формы и фасонные, плиты облицовочные и плиты для полов (гладкие и рифленые), камень, щебень и песок для бетонов и растворов, а также тонкомолотые порошки в качестве наполнителя для бетонов, растворов, мастик, замазок, шпаклевок и грунтовок. Щебень получают дроблением различных горных пород до размера 5(3) …70 мм. Прочность щебня характеризуют маркой, соответствующей пределу прочности исходной горной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии и определяемой по дробимости щебня при сжатии (раздавливании) в цилиндре. По этому показателю щебень подразделяется на марки (См таблицу 4.4).
Таблица 4.4 — Марки природных камней
|
Из изверженных пород |
1400, 1200, 1000, 800 и 600 |
|
|
Из осадочных и метаморфических пород |
1200, 1000, 800, 600, 400, 300 и 200 |
|
Щебень высшей категории качества должен иметь марку по прочности не ниже 600 для щебня из осадочных пород и не ниже 800 для щебня из изверженных и метаморфических пород. Кроме того, щебень, предназначенный для строительства автомобильных дорог, характеризуется износом в полочном барабане. По этому показателю установлено четыре марки щебня: И-I, И-II, И-III и И-IV. В зависимости от назначения качество щебня определяют по следующим показателям: гранулометрическому составу, форме зерен, содержанию зерен слабых пород, наличию пылевидных и глинистых частиц, прочности и морозостойкости; кроме того, по петрографической характеристике плотности: истинной (без пор), средней (включая поры), насыпной (включая поры и межзерновые пустоты); пористости, пустотности и водопоглощению.
Гравий — это рыхлое скопление обломков горных пород размером 5(3) …70 мм, обкатанных в различной степени. Песок — рыхлая масса, состоящая из зерен минералов и пород размером 0,16…5 мм. В зависимости от минералогического состава различают кварцевые, полевошпатовые, карбонатные пески. Применяют их для приготовления растворов и бетонов, для устройства оснований дорожных покрытий, дренажных сооружений.
5. Разрушение каменных материалов и коррозия строительных изделий из природного камня
Разрушение каменных материалов может происходить под действием воды как растворителя. Особенно действует на карбонатные породы вода, содержащая углекислоту, сернистые и другие кислотные соединения. Каменные материалы разрушаются также при переменном действии воды и мороза. Если горная порода состоит из нескольких минералов, то разрушение ее может происходить от изменения температуры вследствие того, что коэффициент линейного расширения разных минералов не одинаков. Горные породы разрушаются от воздействия органических кислот. Частицы пыли неорганического и органического происхождения, являющиеся бытовыми или промышленными отходами города, оседают на поверхности и в порах камня; при смачивании их водой возникают бактериологические процессы с зарождением микроорганизмов, которые разрушают камень за счет образования органических кислот. Скорость разрушения горной породы зависит также от качества и структуры ее, выражающихся в наличии микротрещин, микрослоистости и размокающих и растворимых веществ. Для защиты каменных материалов от разрушения необходимо прежде всего предотвратить проникновение воды и ее растворов в глубину материала, для этого применяют так называемое флюатирование. При обработке известняка флюатами (например, кремнефтористым магнием) образуются нерастворимые в воде соли, которые закрывают поры в камне и тем самым повышают его водонепроницаемость и атмосферостойкость. От воздействия углекислоты и образования сульфатов облицовочные камни предохраняют путем пропитки их на глубину до 1 см горячим льняным маслом. Для предохранения от проникновения воды поверхность камня покрывают слоем раствора воска в скипидаре, парафина в легком нефтяном дистилляте или каменноугольном дегте. Защищают каменные материалы от разрушения также конструктивными мерами, например путем образования хорошего стока воды с поверхности камня, придания камню гладкой поверхности и т.д.
Непременным условием длительной службы каменных материалов в сооружениях является правильный их выбор с учетом эксплуатационной среды, химико-минералогического состава и структуры материала. Однако даже самые прочные породы, из которых выполнен материал, под механическими и химическими воздействиями атмосферных факторов и различных микроорганизмов разрушаются. Этот процесс по аналогии с разрушением металлов называют коррозией. Существует четыре вида коррозии: механическая, физическая, химическая, биологическая.
Основной причиной коррозии каменных материалов в строительных конструкциях является физико-химическое воздействие воды. Это воздействие проявляется в растворяющей способности воды, особенно если она содержит растворенные газы (С02, S02 и др.); в замерзании воды в порах и трещинах, сопровождающемся появлением в материале больших внутренних напряжений. Кроме того, резкое изменение температуры приводит к появлению на поверхности камня, особенно из полиминеральных пород, микротрещин, которые становятся очагами разрушения. Различные микроорганизмы и растения (мхи, лишайники), поселяясь в порах и трещинах камня, извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие биологическое разрушение камня.
6. Меры защиты камня и строительных изделий из природного камня
Ясно, что стойкость каменных материалов против коррозии тем выше, чем они плотнее (меньше пористость) и меньше их растворимость. Поэтому все мероприятия по защите каменных материалов от коррозии направлены на предохранение их от воздействия воды и на повышение поверхностной плотности. Есть меры защиты — активные и пассивные.
Существует четыре основных способов защиты камня от коррозии:
1 Инженерно-строительный
2 Химическая обработка
3 Механическая
4 Теплофизические
Конструктивная защита от увлажнения осуществляется путем устройства надлежащих стоков воды, придания каменным материалам гладкой полированной поверхности и такой формы, при которых вода, попадающая на них, не задерживается и не проникает внутрь материала.
Физико-химические мероприятии заключаются в создании на лицевой поверхности камня плотного водонепроницаемого слоя и/или ее гидрофобизации. Одним из способов повышения поверхностной плотности является флюатирование, при котором карбонатные породы пропитывают солями кремнефтористоводородной кислоты (флю-атами), например флюатами магния. В результате происходящей реакции: 2СаС03 + MgSiF6 = 2CaF2 + MgF2 + Si02 + 2C021 в поверхностных порах камня выделяются практически не растворимые в воде фториды кальция, магния и кремнезем. Это уменьшает пористость и водопоглощение поверхностного слоя и несколько препятствует загрязнению облицовки пылью. Некарбонатные пористые породы предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей, например хлористым кальцием, а после просушки — содой, а затем флюатом.
Уплотнить поверхность камня можно также последовательной пропиткой растворимым стеклом и хлористым кальцием, в результате взаимодействия которых образуются нерастворимые силикат кальция и кремнекислота, закрывающие поры. Эта же цель достигается при последовательной пропитке поверхности камня спиртовым раствором калийного мыла и уксусно-кислого алюминия. В этом случае на поверхности камня образуется нерастворимая пленка соли жирной кислоты.
Гидрофобизация, т. е. пропитка пористого каменного материала гиброфобными (водоотталкивающими) составами, препятствующими проникновению влаги в материал, также повышает их стойкость против выветривания. Хорошие результаты дает пропитка кремний-органическими жидкостями и полимерными материалами, а также растворами парафина, стеарина или металлических мыл (алюминиевого, цинкового и др.) в легкоиспаряющихся органических растворителях (бензине, лаковом керосине и т. д.).
Теплофизические методы сохранения направлены на стабилизацию термодинамического состояния камня как сложной геторогенной системы. Известно, что интенсивность процессов переноса энергии (тепла) и вещества в твердом теле ( в данном случая в камне), обусловливающих его изменение ( старение), зависит, прежде всего, от скорости параметров окружающей среды. Под параметрами среды, прежде всего, понимают температуру и относительную влажность воздуха, которые можно регулировать (поддерживать).
Это позволит замедлить процессы старения в камне и обеспечить его сохранность.
Ниже приведен рисунок 6.1, показывающая воздействие на окружающую среду жизненного цикла природного камня в сравнении с другими строительными материалами.
Рис. 6.1 воздействие на окружающую среду жизненного цикла природного камня в сравнении с другими строительными материалами.
На основании этой сравнительной таблицы можно сделать заключение, что природный камень — это превосходный устойчивый строительный материал: долговечный, нетоксичный, огнеустойчивый, пригодный для повторного применения, не требующий существенного обслуживания, жизненный цикл которого обеспечивает низкие энергетические затраты, претерпевающий только визуальные изменения в фазе добычи, но корректируемые в соответствии с применяемыми в отрасли нормами.
Заключение
Природный камень относительно доступный и обладает высокими физико-механическими и декоративными свойствами. Качество материала строго соблюдается, начиная от разработки проекта и кончая его реализацией на объекте.
Природный камень всегда относился к числу престижных и дорогих элементов декора, лишний раз, подчеркивает свои достоинства, следовательно, должен идеально вписываться в общую атмосферу.
Каким бы не был природный камень, этот материал как и все другие подвергается коррозии и в данной курсовой работе описаны методы защиты природного камня.
Список используемой литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/primenenie-prirodnyih-kamennyih-materialov-v-stroitelstve/
1. . «Строительные материалы и изделия» А.Г. Комар 76г
2. . «Архитектурное материаловедение» Б.Д. Араухо. 82г
3. ГОСТ 9480-89 Плиты облицовочные пиленые из природного камня
4. ГОСТ 24099-80 Плиты декоративные на основе природного камня
5. ГОСТ 22856-89 Щебень и песок декоративные из природного камня
6. ГОСТ 6666-81 Камни бортовые из горных пород
7. ГОСТ9479-84 Блоки из природного камня для производства облицовочных изделий
8. ГОСТ 23342-91 Изделия архитектруно-строительные из природного камня
9. ГОСТ 23668-79 Камень брусчатый для дорожных покрытий
10. В.С. Лесовик. Повышение эффективности производства строительных материалов с учетом генезиса горных пород. М.2006г.
