Испытание и классификация природных каменных материалов

Основные физико-механические свойства природных каменных материалов в пределах даже одного месторождения бывают различными. В связи с этим необходимо отбирать пробы камня для испытаний при разведке и эксплуатации месторождений каждого карьера.

При испытании проб каменных материалов в соответствии с ГОСТ-ами или техническими условиями определяют следующие свойства: удельный вес частицы, удельный (объемный) вес, пористость, водопоглащение, предел прочности при сжатии.

Кроме того, оценивают степень водостойкости материала по коэффициенту размягчения, определяют морозостойкость переменным замораживанием (при температуре – 17 °С) образцов в насыщенном водой состоянии и оттаиванием в воде. Выдержавшими испытание считают образцы, не получившие видимых повреждений, потерявшие в весе не более 5 % при понижении прочность не более, чем на 25 %.

Пo удельному (объемному) весу в сухом состоянии они делятся на легкие с  < 18 кН/м³, тяжелые с  > 18,8 кН/м³.

По пределу прочности при сжатии – легкие материалы имеют марки 0,4; 0,7; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,5; 5,0; 7,5;... 20 МПа; тяжелые – 10; 15; 20; 30; 40; 50; 60;... 100 МПа.

По степени морозостойкости – 10; 15;...Мрз

Пo коэффициенту размягчения – 0,6; 0,75; 0,9 и 1,0 Кр.

Виды природных каменных материалов и назначение их в строительстве

Все каменные материалы, применяемые в строительстве, можно разделить на две основные группы: каменные материалы, используемые в первоначальном виде, и материалы, пригодные для строительных целей лишь после обработки.

К первой группе относятся:

1. Бутовый камень – это крупные куски неправильной формы, размером 150–200 мм и весом 20–30 кг. Бутовый камень должен быть однородным, не должен иметь следов выветривания, расслоения и трещин. Предел прочности при сжатии бутового камня из осадочных пород должен быть не менее 10 МПа, коэффициент размягчения его – не ниже 0,75, а морозостойкость – не ниже 15 циклов.

2. Булыжный камень – это большие валуны (до 300 мм). Применяют для покрытия дорог, откосов и строительства дамб.

3. Гравием называют рыхлое скопление обломков горных пород, обкатанных в различной степени. Величина отдельных зерен гравия 5–70 мм. Гравий разделяют на фракции 5-10, 5-20, 10-20, 20-40, 40-70 мм. Гравий применяют в качестве крупного заполнителя бетона.

4. Песок – рыхлая горная порода, состоящая из зерен минералов и пород размером 0,13–5,0 мм. Различают пески кварцевые, полевошпатные и карбонатные в зависимости от минералогического состава. Песок как строительный материал очень много расходуется цементной промышленностью для приготовления растворов и бетонов. От качества применяемых песков зависит прочность многих строительных материалов, получаемых на основе цемента. Кварцевые пески служат основным сырьем для стекольной промышленности.

Защита каменных материалов от выветривания

Газы и пыль, переменное увлажнение и высыхание, сильные морозы и значительный солнечный нагрев – все эти факторы сокращают сроки службы каменных материалов и резко ухудшают их декоративные качества. Особенно быстро ухудшаются свойства пористых белых каменных материалов, применяемые для наружной облицовки.

Стойкость материала зависит не только от качества исходной горной породы, от формы материала и условий эксплуатации, но и от интенсивности защитных мер, применяемых к нему в тех или иных условиях.

Причинами ухудшения свойств каменных материалов могут быть выветривание, химическое и биологическое разрушение, загрязнение.

Чем больше пористость материала, тем сильнее на него воздействуют факторы разрушения.

Поверхности мраморов и известняков интенсивно разрушаются сернистым газом, находящимся в воздухе.

Защита строительных материалов от возможного проникновения воды является самым надежным способом защиты их от коррозии. Для этого предусматривают конструктивные или химические мероприятия. К первым относят полировку поверхности, обеспечивающую быстрый сток воды, и подбор конфигурации, предохраняющей поверхность камня от скопления дождевых и снеговых вод.

Способы химической защиты заключаются в уплотнении поверхности материала путем пропитки водным раствором вещества, вступающего в химическое взаимодействие с минералом камня, чтобы растворимое вещество перешло в нерастворимое состояние. Когда для этой цели применяют соли кремнефтористоводородной кислоты, то такой метод защиты называют флюатированием. Взаимодействие этих солей с минералами, образующими известняковые породы, можно выразить таким уравнением:

В результате реакции в порах камня и на него поверхности выделяются нерастворимые вещества, состоящие из , , , повышающие не только прочность и морозостойкость камня, но и стойкость его по отношению к воздействию химических факторов.

Предварительного пропитывания раствором хлористого кальция, а после просушки раствором соды, породы, имеющие крупные поры и содержащиеся малого углекислого кальция в составе твердеют, и на поверхности образуется карбонат кальция по реакции:

Этот процесс называется аванфлюатированием.

Для предотвращения выветривания облицовочных материалов некоторых пород рекомендуется последовательно пропитывать их жидким стеклом и хлористым кальцием, в результате взаимодействия которых в порах камня образуются нерастворимые соединения силиката кальция и кремнекислоты, заполняющие поры поверхности.

Прочный защитный слой создается полировкой, при которой поры заполняются мельчайшими частицами материала, делая их недоступными для влаги и газов.

В последние годы начал применяться метод уплотнения поверхности каменных материалов путем пропитки их полимерными материалами, обладающими гидрофобными свойствами.