19. Строительные материалы и изделия на основе горных пород. Классификация. Свойства.

Горные породы – это природные агрегаты ( механические сочетания ) минералов более или менее постоянного состава, образующие геологические тела, слагающие земную кору. Термин горные породы введён русским химиком и минералогом Севергиным, который классифицировал их на простые, или мономинеральные, состоящие из одного минерала ( глинистый сланец, кварцевый песок, известняк, яшма и др.), и сложные, или полиминеральные, состоящие из нескольких минералов (граниты, порфиры, базальты, сиениты и др.)

Минералы – природные тела, примерно однородные по химическому составу и физическим свойствам. Минералы образуются в результате сложных физико-химических процессов на поверхности или в глубине Земли и других космических тел и являются составной частью горных пород, руд , метеоритов. Большинство минералов – массивные и твёрдые тела, однако встречаются рыхлые и сыпучие ( почвы, гравий, песок) пластические и жидкие (битумы нефть ртуть, вода).

По происхождению горные породы делят на три группы:

Изверженные (магматические), осадочные (пластовые) и видоизменённые( метаморфические).

Изверженные породы образовались (и теперь образуются) в результате застывания магмы. При быстром остывании магмы, излившейся на земную поверхность в виде вулканической лавы, образовывались массивные излившиеся породы. Обломочные породы образовывались при охлаждении твёрдых раздробленных продуктов извержений; часть их подвергалась цементированию, от чего образовывались вулканические туфы.

Осадочные породы формируются в результате преобразования продуктов разрушения первичных пород, морских и континентальных осадочных в виде отдельных пластов и слоёв на земной поверхности и вблизи её при относительно низких температурах и давлении.

Видоизменённые породы образуются в толще земной коры в результате метаморфизма( более или менее глубокого преобразования) изверженных или осадочных горных пород под влиянием высоких температур давления, а также химического воздействия.

Свойства горных пород, обусловленные в основном минеральным составом и строением, а также некоторыми внешними условиями, изменяются в широких пределах. Так, пористость горных пород находиться в пределах от 0,01 до 80 %, а этот параметр ( наряду с трещеноватьстью) определяет другие свойства горных пород: плотность , прочность, модуль Юнга, водопоглощение, истираемость и др. Наибольшим количеством газовых пустот (60-80%) отличаются магматические обломочные породы ( пемзы, пемзовые туфы). В осадочных породах межзерновые поры могут сохраняться или закрываться при цементации, их пористость составляет 0,2-40%. Низкопористые метаморфические породы часто имеют трещины, вызываемые термическими перепадами.

Виды и свойства природных каменных строительных материалов.

По назначению их можно разделить на сырьевые нерудные материалы для производства искусственных материалов (минеральных вяжущих, заполнителей растворов и бетонов, асбестоцементных, керамических и других материалов), материалы для кладки фундаментов и стен зданий и сооружений, материалы для наружной и внутренней облицовки, покрытий полов и площадок, наружных и внутренних лестниц и ограждений зданий, для дорожного строительства, возведения мостов, подземных и гидротехнических сооружений, для жаро- химически стойкой облицовки, футеровки и т.д..

По виду обработки и форме природные каменные материалы классифицируют на грубообработанные и не обработанные материалы неправильной формы ( бутовый, валунный и булыжный камень, щебень, гравий и песок) и обработанные штучные материалы заданной формы (блоки, плиты, плитки, полоски, фасонные профилированные и орнаментальные изделия)

В зависимости от плотности каменные материалы делят на тяжёлые (более 1800 кг/м3), лёгкие (1200-1800 кг/м3) и особо лёгкие (менее 1200 кг/м3). По показателю предела прочности при сжатии их делят на прочные ( более 10 Мпа), средней прочнсти ( 5-10 Мпа) и малопрочные ( менее 5 Мпа). Прочность на растяжение каменных материалов немного ниже их прочности на сжатие. ( обычно в 7-15 раз).

Природные каменные материалы, применяемы в необработанном и грубо обработанном виде.

1. Бутовый камень – камень неправильной формы, размерамив поперечнике 150-500 мм ( массой около 20-40 кг), добываемый чаще всего взрывным способом из известняков, доломитов и т.д. В зависимости от формы может быть рваным, постелистым, так называемым плитняком и лещадным. Применяют для кладки фундаментов, стен подземных частей и неотапливаемых зданий, подпорных стен, устоев мостов и т.п.

2. Валунный камень – крупные округлённые или окатанные обломки горных пород ледникового и иного происхождения размером более 300 мм. Валуны часто имеют выветренную поверхность. Их используют для получения щебня и как деоративаный формы в садово парковой архитектуре, а более мелкие валуны применяют для мощения дорог.

3. Гравий – различно окатанные зёрна горных пород размером 7-70 мм. В зависимости от крупности гравий делят на фракции. Гравий очищенный от вредных примесей используют в качестве крупного заполнителя цементных и асфальтовых бетонов, в дренажных системах.

4. Щебень – угловатые обломки горных пород размеров 5 – 150 мм, образовавшиеся при их выветривании (природный щебень ) или в результата дробления бутового камня, валунов. Качество щебня оценивают по его однородности, влажности, степени загрязнения, прочности на сжатие исходной горной породы. Широко применяют в качестве крупного заполнителя бетонов, в строительстве автомобильных и железных дорог.

5. Песок – мелкообломочная рахлая осадочная горная порода, остоящая из округлых и угловатых зёрен ( песчинок) различных минералов размером 0,14-5 мм. Различают пески естественные и пески получаемы мелким дроблением. Чаще всего встречаются пески кварцевые. Песок используют как строительный материал непосредственно, а также как заполнитель растворных и бетонных смесей и как сырьё в производстве силикатного кирпича.

Каменные материалы, прошедшие обработку для придания им заднной формы, размеров и при необходимости определённой фактуры лицевой поверхности.

1. Стеновые камни и блоки – штучные каменные материалы правильной формы, изготовленные из известняка, туфа и других горных пород. Масса камней до 45 кг. Блоки отличаются большими размерами и массой до 100 кг. По способу изготовления делят на пилёные и колотые. Предел прочности при сжатии камней и блоков из плотного известняка, доломита, вулканического фельзитового туфа должен быть не ниже 20 Мпа. Водопоглощение по массе не более 25-30 %, морозостойкость не менее мрз 25. Коэффициент размягчение не менее 0,65.

2. Облицовочные каменные материалы – это широкая номенклатура плит, плиток, фасонных и профильных элементов облицовки для наружной и внутренней отделки стен, для облицовки колонн, цоколей, порталов, проступей и подступёнколв лестниц, для покрытия полов и площадок, для плинтусов, карнизов, подоконников и т.д. Лицевая поверхность облицовочных материалов может иметь самую разную фактуру – от грубо – рельефной колотой ( фактура скалы ) до зеркально полированной. Все облицовочные материалы изготавливают на камнеобрабатывающих предприятиях распиливанием или раскалыванием блоков полуфабрикатов с последующей обработкой поверхностей и кромок. Плиты для наружной облицовки зданий изготавливают обычно из твёрдых пород ( гранита, габбро, кварцита, сиенита и др.), а также из мрамора, известняка, туфа. Все эти породы в виде тонких плит и плиток могут использоваться и для внутренней облицовки. Плиты для облицовки стен выпускают шириной от 400-600 мм ( в зависимости от твёрдости породы), длиной до 1м. Для лестниц, полов и площадок, подвергающихся интенсивному истиранию, используют твёрдые породы ( граниты) с показателем истираемости не выше 0,5 г/см2. В помещениях со слабым движением полы могут быть и из износостойких видов мрамора.

3. Кровельные плитки – (природный шифер) изгтавливают из глинистого сланца раскалыванием и обрезкой на пластины прямоугольной или ромбовидной формы. Максимальный размер сланцевых плиток 350*600 мм, толщина 4-8 мм.Плитки обладают высокими эксплутационными свойствами: предел прочности при изгибе – не ниже 15 Мпа, а морозостойкость – не менее 25 мрз, долговечны.

4. Каменные материалы специального назначения включает плиты и камни для подземных и гидротехнических сооружений, мостов и дородного строительства, а также для работы в условиях высоких температур и агрессивных средах. Специальные требования предъявляются и к каменным материалам для реставрационных работ