014

М е т а м о р ф і ч н і п о р о д и . Із порід цього типу як будівельний камінь та сировину застосовують гнейси, кварцити, мармур та ін. Найбільш

Рис. 2..7. Схема дробильно-сортувального заводу для отримання щебеню

1 – камінь; 2 – щокова дробарка; 3 – конвеєр; 4 – грохот; 5 – конвеєр для зворотної подачі великих кусків каменю; 6 – конусна дробарка; 7 – сортувальний барабанний грохіт; 8 – бункери сортувального щебеню; 9 – конвеєр зворотної подачі в дробарку крупного щебеня; 10 – відкриті склади фракційованого щебеню; 11 – екскаватор для довантаження щебеню.

Рис. 2.8. Форма отриманого щебеню (б) в залежності від форми окремих кусків гірської породи (а):

1 – бриловидна; 2 – кубовидна; 3 – пластова; 4 – плитовидна; 5 – пластинчаста; 6 – пластинчастопальцевидна; 7 – призматична; 8 – кутовата; 9 – сфероподібна; 10 – шкаралупоподібна.

71

розповсюджені гнейси, які за мінеральним складом нагадують граніт і мають характерну сланцеподібну текстуру.

Кварцити утворились внаслідок метаморфізації кварцових піщаників. Це є найбільш міцні породи (табл. 2.10). Мармур утворився внаслідок перекристалізації вапняків і доломітів і використовується в основному як лицювальний матеріал.

Характеристика природних кам’яних матеріалів та їх добування.

Природні камені поділяють за способом отримання, видами обробки, призначенням, щільністю.

Р в а н и й т а п о д р і б н е н и й к а м і н ь . Рваний бутовий камінь отримують шляхом вибухового висаджування гірської маси. Застосовують його для кладки фундаментів, у шляховому будівництві, при зведенні стін нежитлових будівель, для кріплення земляних укосів тощо. Розміри шматків бутового каменя 150...500 мм. Його отримують як із щільних гірських порід з марками за міцністю від 100 до 1400 і морозостійкістю до 300 циклів, так і з пористих з марками за міцністю 25...100, морозостійкістю 15 циклів.

П о д р і б н е н и й к а м і н ь випускають у вигляді щебеню, крихти, штучного піску та застосовують в основному як заповнювач бетонів.

Після просіювання піщано-гравійних сумішей отримують сортований матеріал – пісок і гравій, а після тонкого помелу гірських порід – мелений (мінеральний порошок, вапнякова мука).

Пісок, щебінь, гравій та бутовий камінь належать до групи нерудних будівельних матеріалів, які мають неправильну довільну форму.

При отриманні рваного і подрібненого каменю розробку масивних порід проводять у відкритих кар’єрах буро-вибуховим способом, коли від масиву відділяються глиби і піддають подальшому подрібненню до заданих розмірів. Подрібнення здійснюють у одну або декілька стадій на щокових, конусних дробарках або дробарках ударної дії із сортуванням на фракції, наприклад для щебеню 5...20, 20...40, 40...70 мм (рис. 2.7). Форма щебеню залежить від особливостей дробарок, структури та текстури гірської породи (рис. 2.8). Так, вміст плоских (пластинчастих) шматків при подрібненні крупнозернистих порід може бути вдвічі меншим, ніж при подрібненні дрібнозернистих та скловидних. При подрібненні на дробарках ударної дії збільшується вихід зернин, близьких до кубічної форми. Для покращання властивостей кам’яних матеріалів їх очищують від забруднення, збагачують більш міцними зернами

зполіпшеною формою та поверхнею.

Шт у ч н и й к а м і н ь . Промисловість нерудних матеріалів випускає також штучний камінь правильної форми – стінові (пиляні) блоки, лицювальні плити, дорожні та спеціальні (жаростійкі, луго- і кислотостійкі) вироби.

72

С т і н о в і к а м е н і нарізають із легких пористих гірських порід (вапняків, черепашників, туфів) з середньою густиною не більш 2100 кг/м3 за допомогою каменерізальних машин. Звичайні розміри стінового каменю – довжина 390, 490 мм, ширина 190, 240 мм, висота 188 мм, але виготовляють також і крупні стінові блоки довжиною 500...3020, шириною 400...500, висотою 820...1000 мм. Марки за міцністю при стисканні коливаються від 4 до 400. Водопоглинання повинно бути не більш 30% (для туфу 50%), коефіцієнт розм’якшення – не менш 0,6, морозостійкість – 15 циклів.

Л и ц ю в а л ь н і п л и т и для зовнішнього лицювання будівель і споруд найбільш часто застосовують із граніту та близьких до нього порід – лабрадориту, мармуру, кварциту, а для внутрішнього лицювання – із менш твердих порід – мармуру, вапняку, гіпсу. Плити товщиною від 15 до 140 мм отримують шляхом розпилювання блоків та обробки поверхні до певної фактури. Можливі фактури сколювання (рифлена термострумінна, точкова, борознами) та абразивна (полірована, шліфована, пиляна).

До дорожніх к а м ’ я н и х м а т е р і а л і в належать колотий, булижний, бортовий камінь, бруківка. Бруківку отримують із вивержених гірських порід, стійких проти удару і стирання, з границею міцності при стисканні не менш 100 МПа у вигляді брусків довжиною 15...25, шириною 9...15, висотою 10...15 см. Її застосовують для улаштування дорожнього покриття і смуг кріплення на автомобільних дорогах. Колотий і булижний камінь застосовують для улаштування доріг ІV-V категорій, кріплення укосів, земляних споруд тощо. Бортовий камінь призначається для відокремлювання проїжджої частини вулиць і доріг від тротуарів і майданчиків. Як і інші дорожні камені, його виготовляють із високоміцних гірських порід, які мають морозостійкість не менш 50...100 циклів.

В и м о г и д о к а м ’ я н и х м а т е р і а л і в д л я б у д і в н и - ц т в а . У будівництві застосовують як рваний та подрібнений камінь, так і штучні вироби, які виготовляють із вивержених, осадових і метаморфічних порід високої міцності, водота морозостійких.

Природні камені поділяють: за середньою густиною в сухому стані на ва-

жкі ρо > 1800 кг/м3, середні ρо = 1500...1800 кг/м3 і легкі ρо = 1000...1500 кг/м3;

за міцністю при стисканні на низькоміцні з границею міцності 2,5...10 МПа, середньої міцності – 15...40 МПа та високоміцні – 50 МПа та більше (таблиця

2.11.).

Механічні властивості природного каменю визначають на зразках циліндричної або кубічної форми, які мають діаметр або довжину ребра 50 мм (для низькоміцних порід 100 мм).

Для щебеню і гравію марку вихідної породи орієнтовно можна визначити за показником здатності до подрібнення (подрібнювальності):

Др = m −mm1 100,

73

мінералів, які є нестійкими до хімічного вивітрювання, можна віднести польові шпати, слюду, пірит, кальцит, доломіт, гіпс та інші. Стійкість проти фізичного вивітрювання, у першу чергу опору дії замерзаючої води, залежить від пористості породи та кількості тріщин. Більш здатні до вивітрювання породи крупнозернистої та порфірової структури.

Розрізняють хімічні та конструктивні способи захисту від вивітрювання. До хімічних способів захисту належить обробка природного каменю із карбонатних гірських порід (мармур, вапняк, доломіт) флюатами – солями кремнефтористоводневої кислоти. В результаті утворюються нерозчинні сполуки фтористого кальцію, магнію, кремневої кислоти, які ущільнюють поверхневий шар матеріалу.

Поверхні природних кам’яних матеріалів ущільнюються також просоченням їх розчинним склом та хлористим кальцієм, а також іншими речовинами, в результаті чого утворюються нерозчинні сполуки, які закупорюють пори. Ефективним захистом кам’яних матеріалів від води є гідрофобізація їх водневими розчинами кремнійорганічних сполук й обробка іншими полімерними сполуками.

Конструктивні способи захисту від вивітрювання полягають в тому, що виробам із природного каменя надають певну форму, котра не сприяє затриманню води на їх поверхні.

Азбестоцементні вироби.

А з б е с т о ц е м е н т – це штучний кам’яний матеріал, який складається із цементного каменя, армованого волокнами азбесту. Із азбестоцементу виготовляють різноманітні покрівельні, стінові та лицювальні матеріали, труби й деталі спеціального призначення. Позитивними особливостями цього матеріалу є висока міцність при розтягу, морозостійкість, низька водопроникність та теплопровідність. Азбестоцементні вироби порівняно легко піддаються механічній обробці, вони значно легші у порівнянні з металом, бетоном і залізобетоном. Недоліками азбестоцементу є крихкість, короблення при коливаннях вологості та суттєве зниження міцності після насичення водою.

Вихідними компонентами для виготовлення азбестоцементу є азбест, портландцемент та вода. Азбест зустрічається у природі у вигляді мінералівсилікатів, які мають волокнисту структуру; найбільш розповсюдженим є х р и з о т и л - а з б е с т 3MgO.2SiO2.2Н2О. Товарний азбест отримують при збагаченні азбестової руди, яка зустрічається у вигляді прожилок азбесту у породі. В залежності від довжини волокна, ступеня його розпушення і вмісту домішок супутніх порід – “пилу” – азбест поділяється на сорти й марки. Для виготовлення листових азбестоцементних виробів використовують азбест 5...6 сортів, труб – 3...5 сортів. Внаслідок сильного лінійного і дуже слабких бокових зв’язків кристалів азбест має високу міцність при розтягненні (біля 300 МПа) та здатність до розпушення на тонкі волокна.

75

Для виготовлення азбестоцементних виробів застосовують спеціальний вид портландцементу, властивості якого сприяють процесу фільтрації твердої фази із азбестоцементної суспензії та прискореному твердінню виробів. Дисперсність цього цементу характеризується питомою поверхнею в межах 2200...3200 см2/г (220...320 м2/кг). Вміст вільного СаО у вихідному клінкері не повинен перевищувати 1%, С3А – 8%, вміст С3S повинен складати не менш 52%. Початок тужавлення, на відміну від звичайного портландцементу, повинен наступати не раніше як через півтори години від замішування. Цемент для виготовлення азбестоцементних виробів, як правило, не містить мінеральних добавок і виготовляється двох марок – М400 та М500. Він додатково випробовується у віці 7 діб на згин (міцність на згин повинна складати для марок 400 та 500 відповідно не менше 4,3 і 4,7 МПа).

Технологічний процес виготовлення азбестоцементних виробів включає проминання й розпушування, ретельне змішування отриманих тонких волокон з цементом у воді та утворення суспензії, формування виробів на листоабо трубоформовочних машинах з наступною їх тепловою обробкою. Формування полягає в утворенні із суспензії на сітчастому циліндрі тонкого шару азбестоцементу, його зневодненні та ущільненні. Отримані заготовки хвилястих листів профілюють, а труби обробляють на токарних верстатах. Склад азбестоцементної маси коливається в межах: азбест 13...17%, портландцемент 83...87%. В деяких випадках у портландцемент добавляють 30...40% тонкомеленого кварцового піску.

Основним видом азбестоцементних виробів для будівництва є листові вироби, які складають понад 85% всього обсягу азбестоцементу. Розрізняють хвилясті листи звичайного, зміцненого та уніфікованого профілю, а також періодичного профілю і середньохвилясті. Ці листи розрізняються в основному кроком та висотою хвилі, середньою густиною і габаритами. Межа міцності при згині у поперечному до гребенів хвиль напрямку повинна складати не менше 16 МПа (для листів уніфікованого профілю – 19 МПа).

Поряд з хвилястими виготовляють плоскі пресовані та непресовані листи, які застосовують в основному для лицювання фасадів і внутрішніх стін будівель. Для пресованих азбестоцементних листів границя міцності при згині повинна складати не менше 25 МПа, середня густина – 1750 кг/м3. Для непресованих виробів мінімальні показники міцності і середньої густини повинні складати відповідно 16 МПа та 1600 кг/м3.

Хвилясті і плоскі листи можуть бути пофарбованими у різний колір. Із плоских листів виготовляють азбестоцементні панелі із теплоізоляційним шаром для улаштування покрівель та стін. Покрівельні панелі застосовують для покрівлі із ухилом не менш 5...70 при відносній вологості не більше 75%.

Промисловістю виготовляється великий асортимент азбестоцементних труб. В залежності від призначення азбестоцементні труби поділяються на напірні, які застосовують для улаштування закритих напірних меліоративних

76

мереж та зовнішніх водогонів, та безнапірні, які використовують при будівництві колекторів водопровідних мереж та гирлових споруд.

Напірні труби виготовляються класів ВТ-6, ВТ-9, ВТ-12 та ВТ-15 з діаметром умовного пропуску 100...500 мм. Цифра в позначенні класів показує максимальний робочий тиск, при якому може працювати труба.

Азбестоцементні труби мають високу стійкість проти корозії, не руйнуються під дією блукаючих струмів. Низька капілярна пористість забезпечує водонепроникність, морозостійкість азбестоцементних труб. Вони значно дешевші та більш довговічні порівняно зі сталевими та чавунними трубами. Строк їх експлуатації в напірних трубопроводах перевищує 30 років.

Автоклавні матеріали.

Автоклавні матеріали об’єднує загальна технологічна операція – тепловологісна обробка при підвищеному тиску, яка здійснюється у автоклавах. До групи автоклавних матеріалів належать силікатна цегла, щільні та ніздрюваті бетони, основними вихідними компонентами яких є в’яжуче автоклавного твердіння та заповнювачі. В’яжучі автоклавного твердіння за нормальними температурно-вологісними умовами характеризуються порівняно низькою активністю, котра суттєво зростає при температурах та тиску, які створюються в автоклаві. Їх поділяють на наступні групи: безклінкерні вапнянокремнеземисті, вапняно-шлакові, вапняно-зольні та змішані, до складу яких вводять портландцемент.

У виробництві автоклавних матеріалів частіше застосовують вапнянокремнеземисте в’яжуче, основними компонентами якого є повітряне будівельне вапно і кварцовий пісок. Для цього застосовують кальцитове вапно швидкого гасіння із вмістом MgО не більше 5%. За певних умов (понижена температура випалу; введення спеціальних добавок, які прискорюють гашення) можна використовувати і магнезіальне вапно.

Для виготовлення автоклавних бетонів, особливо ніздрюватих, широко застосовується портландцемент та змішаний цемент з використанням мінеральних добавок.

Як кремнеземистий компонент в’яжучих автоклавного твердіння може використовуватись тонкомелений пісок. Немелений пісок реагує з вапном по периферії зерен і одночасно є й заповнювачем. Якість піску зростає із зростанням вмісту SiО2, зменшенням кількості органічних домішок, слюди, карбонатів, а особливо із зростанням дисперсності.

Автоклавні матеріали твердіють в результаті хімічної реакції між компонентами в’яжучого в присутності води в умовах високого тиску і температури. Вирішальне значення для формування структури автоклавних матеріалів мають процеси розчинення в’яжучого з наступною кристалізацією із перенасиченого розчину гідросилікатів кальцію, котрі і є цементуючою речовиною. Властивості автоклавних матеріалів в значній мірі залежать від складу гідросилікатів, які утворюються.

77

За призначенням автоклавні матеріали класифікують на стінові, конструктивні, оздоблюючі та спеціальні. Найбільш розповсюджені у будівництві силікатна цегла та автоклавні силікатні бетони.

С и л і к а т н а ц е г л а – штучний безвипальний стіновий матеріал, виготовлений із суміші вапняно-кремнеземистого в’яжучого і кварцового піску шляхом пресування і наступного затвердіння у автоклаві під дією пари високого тиску.

Виробництво силікатної цегли полягає у добуванні та просіву піску, випалюванні вапна та його помелі, змішуванні піску із вапном – кипілкою та гасінні виготовленої суміші, пресуванні цегли і запарюванні її в автоклавах.

Випускають цеглу одинарну повнотілу або з пористими заповнювачами розмірами 250×120×65 мм, цеглу потовщену пустотілу або повнотілу з пористими заповнювачами 250×120×88, камінь пустотілий 250×120×138 мм. Вироби виготовляють незабарвленими та кольоровими - забарвленими в масі або з поверхневим оздобленням лицьових граней.

Залежно від середньої густини силікатні вироби поділяють на три групи: ефективні з густиною цегли не більше 1400 кг/м3 і каменів – 1450 кг/м3, умовно ефективні від 1401 до 1650 кг/м3 і каменів від 1451 до 1650 кг/м3, звичайну силікатну цеглу понад 1650 кг/м3.

Для силікатної цегли і каменів встановлені марки залежно від границі міцності на стиск – М300, М250, М200, М150, М125, М100 і М75 та за морозос-

тійкістю – F50, F35, F25, F15.

Водопоглинання силікатних виробів повинно бути не менше ніж 6%. Поряд із рядовими виготовляють лицьову силікатну цеглу і камені, марки їх за міцністю не менше М125 та М100, морозостійкістю – не менше F25.

Силікатну цеглу застосовують поряд з керамічною для кладки стін надземних частин будівель. Внаслідок недостатньої водостійкості її не можна використовувати для фундаментів та цоколів будівель нижче гідроізоляційного шару. Не дозволяється застосовувати її також для споруд з мокрим режимом експлуатації без спеціальних заходів щодо захисту стін від зволоження, а також в умовах дії високих температур (кладка печей, труб і т. п.).

Різновидами силікатної є в а п н я н о - ш л а к о в а т а в а п н я н о - з о л ь н а ц е г л а . Для виготовлення вапняно-шлакової цегли в суміш додають З... 12% вапна і 88...97% паливного шлаку, а вапняно-зольної - 20...25% вапна і 75...80% золи. При застосуванні як сировинних компонентів силікатної цегли паливних відходів знижується її середня густина, водопоглинання, покращується ряд інших властивостей. Застосовують вапняношлакову та вапняно-зольну цеглу, як правило, для кладки стін малоповерхових споруд.

С и л і к а т н і б е т о н и отримують в результаті автоклавного твердіння раціонально підібраної суміші вапняно-кремнеземистого в’яжучого та заповнювачів. Їх класифікують за середньою густиною, максимальною крупністю, виду заповнювачів, структурою, пластичністю суміші та областю за-

78

стосування. Переважно використовують дрібнозернисті силікатні бетони. Технологія силікатобетонних виробів полягає у приготуванні вапнянокремнеземистого в’яжучого шляхом спільного або окремого помелення піску й вапна, дозування основних компонентів, перемішування бетонної суміші, формування виробів та їх автоклавної обробки.

За основними будівельними властивостями силікатні бетони є близькими до цементних. Для них є дійсними й основні залежності властивостей від технологічних параметрів, які встановлені для цементних бетонів. Силікатні бетони, також як і цементні, можна використовувати для виготовлення звичайних і напружено-армованих конструкцій , які застосовують у цивільному і промисловому будівництві (стінові блоки і панелі, настили, панелі перекриття тощо).

Стійкість силікатних бетонів у воді нижче, ніж цементних, однак відомі шляхи підвищення водостійкості цього матеріалу, головними з яких є: обробка конструкцій – просочення бітумом, карбонізація, покриття кремнійорганічними водовідштовхуючими сполуками; створення водостійкої гідросилікатної зв’язки із малорозчинних силікатів кальцію за рахунок введення доменного шлаку тощо.

Різновидом автоклавних матеріалів є силікальцит, особливістю технології якого є помелення та змішування вапна і піску у швидкісному дезінтеграторі із частотою обертання близько 1500 об/хв. У дезінтеграторах вапно і пісок змішуються найбільш рівномірно і міцно зчіпляються. Силікальцит має високу міцність, морозота корозійну стійкість, значно більшу, ніж звичайні силікатобетонні вироби.

Поряд із щільними широко розповсюджені ніздрюваті автоклавні бетони, структура яких характеризується рівномірно розподіленими порами у вигляді сферичних комірок діаметром 1...3 мм. Ніздрюваті бетони виготовляють шляхом введення у бетонну суміш газоутворюючих добавок (звичайно алюмінієвої пудри) або технічної піни.

Ці бетони поділяються на конструкційні середньої густини від 900 до 1200 кг/м3, конструкційно-теплоізоляційні з середньою густиною 500…900 кг/м3 та теплоізоляційні - до 500 кг/м3. Бетон перших двох груп марок з міцності при стисканні від 35 до 200 теплопровідність його змінюється від 0,17 до 0,46 Вт/(м·оС), морозостійкість сягає 50 циклів та більше. Ніздрюваті бетони мають підвищені усадочні деформації (0,4...0,6 мм/м). Після насичення водою міцність їх знижується на 30...35%. Ніздрюваті бетони застосовують у житлових, громадських та сільськогосподарських будівлях у вигляді стінових блоків і панелей, плит покриття тощо. Стінові панелі житлових будівель із таких бетонів мають підвищені техніко-економічні показники порівняно із легкобетонними панелями на пористих заповнювачах.

79

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2.2 Керамічні матеріали, скло та вироби із скла

Керамічні матеріали та вироби.

До будівельної кераміки належать штучні кам’яні матеріали, які виготовляють шляхом спікання мінеральних сировинних сумішей, головним компонентом котрих є глини.

Г л и н и – це тонкоуламкові осадові гірські породи різного хімікомінералогічного складу, котрі здатні з водою утворювати пластичне тісто, яке після випалу набуває міцності каменя. Пластичність та інші основні властивості глин обумовлені присутністю в них глинистих мінералів – тонкозернистих гідроалюмосилікатів з характерною шаруватою структурою. Крім основних мінералів, глини містять також домішки, які суттєво впливають на їх властивості. Частіше це кварц, польові шпати, гіпс, доломіт тощо.

Для виробництва будівельної кераміки застосовують звичайні глини й суглинки, які містять відповідно 30...40 та 10...30% глинистої речовини. Крім глин у сировинні суміші вводять опіснюючі, вигоряючі добавки, плавні та інші. Опіснюючі добавки (пісок, зола, шлак) знищують пластичність глин і зменшують небезпеку тріщиноутворення при сушінні, вигоряючі (тирса, кам’яне вугілля та інші продукти, що містять паливо) – поліпшують умови випалу, зменшують середню густину та сприяють підвищенню якості виробу.

Основні виробничі процеси технології кераміки є загальними для всіх виробів. Такими процесами є видобування глини і підготовка сировини, приготування керамічної маси, формування виробів, їх сушіння й випал. Глиниста сировина розробляється у спеціальних кар’єрах багатоківшевими екскаваторами та іншими засобами механізації. Підготовка сировинних матеріалів включає їх подрібнення, а при необхідності збагачення, сушіння тощо.

Для найбільш розповсюдженого пластичного способу виробництва керамічна маса має вологість 18...23%. Вироби формують на стрічкових пресах, в яких маса ущільнюється шнековим механізмом і виходить із мундштука у вигляді стрічки певного перерізу, котра розрізається на окремі вироби заданих розмірів: цегла, труби тощо.

При напівсухому способі вихідні компоненти попередньо висушують, і керамічна маса набуває порошкоподібного стану з вологістю 8...12%. Вироби із порошків формують на пресах при високому тиску – 10...30 МПа.

Для лиття складних тонкостінних виробів застосовують керамічну масу у вигляді суспензії – шлікеру. Сушать керамічні вироби в сушарках різних конструкцій, для котрих підбирають оптимальний режим, який забезпечує мінімальну кількість браку продукції.

Властивості штучного каменю кераміка набуває після випалювання при 900...1200оС. При випалюванні утворюються нові силікатні сполуки, сировинна суміш частково оплавляється та спікається. Вироби масового використання випалюють у тунельних печах, які являють собою теплові агрегати не-

80