Природные каменные материалы: методическое пособие

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Кафедра дорожно-строительных материалов

Утверждаю Зав. кафедрой доцент ______________Н.В.Быстров « ___» ____________ 2007 г.

Т.Н. Акимова, И.Б.Курденкова

ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Методическое пособие

Москва 2007

УДК.691.5 ББК38.33

Акимова Т.Н., И.Б.Курденкова. Природные каменные материалы. Методическое пособие. МАДИ (ГТУ). – М., 2007. – 54 с.

Пособие содержит сведения о составе, свойствах и применении природных каменных материалов в строительстве и, в частности, для автомобильных дорог. Предназначено для студентов направления «Транспортное строительство».

© Московский автомобильно-дорожный институт (государственный технический университет), 2007 2

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Природными каменными материалами называют материалы и изделия, получаемые из горных пород. Природные каменные материалы широко используются в строительстве: для фундаментов и стен зданий, мостов и гидротехнических сооружений, автомобильных дорог и аэродромов, как отделочный и декоративный материал, заполнитель для растворов и бетонов. Природные каменные материалы – это сырьё для цемента и керамики, стекла и теплоизоляционных материалов. Некоторые горные породы подвергаются механической обработке: при распиливании горной породы получают плиты, блоки, при дроблении – бутовый камень, щебень. Такие природные каменные материалы, как песок, гравий, глина добываются без специальной механической обработки. Другим сырьевым источником для производства строительных материалов являются техногенные отходы или побочные продукты промышленности: например, шлаки чёрной и цветной металлургии. Горная порода – это природные массивные залежи или скопления обломков различной крупности, обладающие более или менее определенными составом, строением и физическими свойствами. Каждая горная порода состоит из определенных (одного или нескольких) минералов. Минерал – это химический элемент, химическое соединение или смесь таких соединений, продукт природных физикохимических процессов, обладающий определенным химическим составом, однородным строением и характерными физическими свойствами. В природе насчитывается более 2500 различных минералов. В образовании же горных пород принимают участие только около 50 минералов, которые называют породообразующими. Среди породообразующих минералов выделяют главные (20…25 минералов). 1. ГЛАВНЫЕ ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ 1.1. Свойства минералов Большая часть минералов находится в твердом состоянии и обладает преимущественно кристаллической формой. Многие минералы анизотропны, т.е. их строение не одинаково в различных направлениях, в результате чего они обладают различными свойствами по разным направлениям (кристаллографическим слоям). В отличие от кристаллических тел аморфные тела 3

(например, опал, стекло) изотропны, и их физические свойства одинаковы по всем направлениям. Плотность (истинная) зависит от химического состава, атомной массы элементов, их ионных радиусов и валентности, структуры. Наибольшее распространение имеют минералы с плотностью от 2 до 4 г/см3. Однако встречаются минералы с плотностью меньше 1 (озокерит) и до 20 г/см3 и выше (осмистый иридий). Числовые значения плотности помимо диагностических характеристик имеют практическое значение при оценке качества минерального сырья. Твердость характеризует поверхностную прочность минерала. Существует десятибалльная шкала твердости Мооса, в которой в качестве эталона принята твердость десяти минералов, расположенных по возрастающей твердости (табл. 1). Таблица 1 Минерал Тальк Гипс Кальцит (ангидрит) Плавиковый шпат Апатит Ортоклаз Кварц Топаз Корунд Алмаз

Показатель Характеристика твердости твердости 1 Легко чертится ногтем 2 С трудом чертится ногтем 3 Стальной нож легко оставляет черту Стальной нож оставляет черту при не4 большом нажиме Стальной нож оставляет черту при силь5 ном нажиме, минерал на стекле черты не оставляет Стальной нож не оставляет черты, мине6 рал слегка царапает стекло 7 Стальной нож не оставляет черты на этих 8 минералах, минералы легко режут стекло 9 10

Показатель твердости материала позволяет косвенно судить о механических свойствах горной породы. Спайность – способность минералов раскалываться по определенным направлениям с образованием гладких зеркальных поверхностей – плоскостей спайности. Одни минералы легко расщепляются на тончайшие пластинки в одном (например, слюда) или нескольких направлениях, у других она проявляется плохо или совсем отсутствует. Спайность служит важным диагностическим признаком минералов и вместе с показателем твердости способствует предварительной оценке механических свойств каменных материалов. Излом – характеристика неровной поверхности раскола минерала, прошедшего не по направлениям спайности. Среди разнооб-

4

разных видов излома выделяют: ровный, ступенчатый, неровный, раковистый, занозистый, землистый и др. Окраска – важный диагностический признак минералов; кроме того, он имеет определяющее значение для декоративной характеристики природного камня. Окраска обусловлена присутствием красящих элементов (хромофор) в составе минерала, в частности, Cr, Mn, Fe и др., или посторонних тонко окрашенных примесей. Блеск возникает в результате отражения световых лучей от поверхности минерала и имеет важное диагностическое значение. Одновременно он является характеристикой декоративных или ювелирных достоинств минерала. Блеск появляется под влиянием показателя преломления светового луча при прохождении в кристаллической среде минерала и коэффициента его поглощения данной средой. При небольшом показателе преломления у прозрачных минералов возникает очень сильный алмазный (неметаллический) блеск. В природе преобладают минералы со стеклянным блеском, имеющие средние показатели преломления 1,3…1,9. 1.2. Группа кварца Кварц – кристаллическая двуокись кремния, кремнезём SiO2 , является одним из распространенных минералов в земной коре. Кварц входит в состав таких горных пород, как граниты, гнейсы, пески, кварцевые песчаники, кварциты и др. Кварц обычно непрозрачен, чаще он белого, молочного цвета, спайность отсутствует, излом раковистый, жирный блеск; плотность кварца 2,65, твердость 7, прочность при сжатии исключительно велика, около 2000 МПа. Кварц стоек при истирании, химически неактивен: под действием кислот (кроме плавиковой) не разрушается, с щелочами при обычной температуре не взаимодействует. При нагревании до температуры 575оС кварц из β-модификации переходит в α-модификацию, увеличиваясь в объёме примерно на 1,5%. При температуре 870оС кварц начинает переходить в тридимит плотностью 2,26 (меньше, чем 2,65), значительно увеличиваясь при этом в объёме; является огнеупорным материалом: плавится при температуре 1710оС, а при быстром остывании расплавленной массы образуется кварцевое стекло – аморфный кремнезём (плотность 2,3). Прозрачная кристаллическая разновидность кварца носит название горного хрусталя. Опал – аморфный кремнезём, гидрат двуокиси кремния SiO2·nН2О. Он входит в состав многих осадочных горных пород таких, как диатомит, трепел, опока. Плотность 1,9…2,5, обладает меньшей прочностью и стойкостью, чем кварц. Аморфный кремне5

зём значительно более химически активен, чем кварц и может вступать во взаимодействие с известью при нормальной температуре. Это свойство используют при применении диатомитов и трепелов, в основном сложенных из опала, и изготовлении вяжущих материалов. 1.3. Группа алюмосиликатов Корунд – свободный глинозём Al2O3. Один из наиболее твердых минералов (9 по шкале Мооса). Является ценным абразивом. Его также используют для производства высокоогнеупорных материалов. Диаспор – моногидрат глинозёма Al2O3·Н2О. Входит в состав бокситов – тонкодисперсных горных пород, богатых глинозёмом (40…80%). Глинозём обычно входит в состав алюмосиликатов, химических соединений глинозёма с кремнезёмом и другими окислами. Прежде всего это полевые шпаты, наиболее часто встречающиеся минералы – это ортоклаз и плагиоклазы Ортоклаз (калиевый полевой шпат) К2О·Al2O3·6SiO2 (погречески «прямораскалывающийся») встречается в кислых (гранит) и средних (сиенит) по кислотности магматических породах. Плагиоклазы (по-гречески «косораскалывающиеся») - альбит (натриевый полевой шпат) Na2О·Al2O3·6SiO2, входящий в состав кислых пород, и анортит (кальциевый полевой шпат) СаО·Al2O3·2SiO2, характерный для основных пород (габбро, базальта). Полевые шпаты входят в состав большинства магматических горных пород, многих метаморфических и некоторых осадочных. Характерная особенность полевых шпатов – хорошо выраженная спайность по двум направлениям. Цвет полевых шпатов - белый, серый, от розового до темно-красного и желтоватого; плотность 2,55…2,75; твердость - 6…6,5; прочность - до 170 МПа (для сравнения: плотность кварца 2000 МПа). Стойкость против механического и химического выветривания также ниже, чем у кварца; плавится при 1170…1550оС. Лабрадор – полевой шпат, разновидность плагиоклаза, образующий лабрадорит, горную породу, обладающую красивым синевато-фиолетовым отливом. Слюды – водные алюмосиликаты сложного и разнообразного состава с пластинчатым, листовым строением: они легко расщепляются по плоскости спайности на очень тонкие гибкие и упругие пластинки. Слюды входят в состав многих горных пород – гранитов, 6

сиенитов, слюдистых сланцев. Плотность слюд 2,7…3,1, твердость 2-3, блеск стеклянный или перламутровый. Наиболее часто встречаются следующие виды слюд: • мусковит (от слова Musca, старинного итальянского названия Москвы) – светлая, прозрачная и химически стойкая слюда, химический состав – K·Al3O5·3SiO2·Н2О; • биотит – железисто-магнезиальная непостоянного состава, черного или бурого цвета, легче разрушающаяся, чем мусковит; • вермикулит – гидрослюда золотисто-бурого цвета, разновидность биотита; при нагревании вермикулит теряет воду и увеличивается в объеме в 18…25 раз, приобретая пористую структуру, благодаря чему используется для производства теплоизоляционных материалов. Каолинит – водный алюмосиликат Al2O3·2SiO2·2Н2О, по внешнему виду представляет собой землистый минерал, образовавшийся в результате разложения (выветривания) полевых шпатов и других алюмосиликатов. Цвет – белый, иногда желтоватый, плотность 2,5…2,6. Широко распространен как важнейшая составная часть всех глин. 1.4. Группа железисто-магнезиальных силикатов Железисто-магнезиальные силикаты имеют темную окраску, поэтому их часто называют темноокрашенными минералами. У этих минералов плотность больше, чем у других силикатов, твердость их находится в пределах 5,5…7,5; они обладают большой вязкостью. Авгит (группа пироксенов) и роговая обманка (группа амфиболов), продукт распада авгита, – соли кремниевых кислот, содержащие железо, кальций, магний. Минералы кристаллической структуры, обладающие хорошей спайностью по двум направлениям, содержащиеся во многих изверженных породах. Плотность 3,2…3,6, твердость 5…6, окраска зеленовато-черная, блеск стеклянный. Авгит входит в состав габбро, диабазов, базальтов. Роговая обманка является составной частью гранитов, сиенитов, диоритов. Оливин – железо-магниевая соль ортокремневой кислоты (MgFe)2·SiO4. Это оливково-зеленый кристаллический минерал с твердостью 8…7 и плотностью 3,2…3,6. Входит в состав базальтов и диабазов. В природных условиях под влиянием воды и углекислого газа постепенно превращается в змеевик [Mg6(OH)8·Si4O10], метаморфическую горную породу. Разновидностью змеевика является хризотил-асбест (MgO·2SiO2·2Н2О), имеющий волокнисто7

кристаллическое строение. Его часто называют горным льном. Прочность на растяжение тонких волокон хризотил-асбеста очень высока, благодаря чему он используется в производстве асбестоцемента. Кроме того, является составной частью многих теплоизоляционных материалов. 1.5. Группа карбонатов В осадочных горных породах наиболее часто встречаются карбонатные породообразующие минералы. Кальцит (известковый шпат) - карбонат кальция СаСО3 , один из распространенных минералов земной коры, образует кристаллические известняки и мраморы. Плотность 2,7, твердость 3, цвет белый, иногда с примесями; раскалывается по плоскостям спайности по трем направлениям, слабо растворяется в воде (0,03 г/л). При содержании в воде углекислого газа СО2 переходит в бикарбонат кальция Са(НСО3)2, который растворим в воде почти в 100 раз больше, чем СаСО3. Кальцит может быть и не в виде кристаллов. В таком виде он образует мел, плотные известняки. Магнезит MgСО3 встречается в виде землистых или плотных агрегатов, обладающих скрытокристаллическим строением. Тяжелее и тверже кальцита: плотность 3, твердость 4…4,5. Образует осадочную горную породу того же названия – магнезит. Доломит – двойная соль кальция и магния СаСО3·MgСО3 белого цвета с желтоватым оттенком. Характеризуется несколько большей, чем у кальцита, твердостью: 3,5…4, менее растворим в воде. Слагает осадочную горную породу того же названия – доломит. 1.6. Группа сульфатов Гипс – СаSО4·2Н2О – типичный минерал осадочных пород; строение кристаллическое, цвет белый или окрашен примесями, плотность 2,3, твердость 1,5, сравнительно легко растворим в воде (2 г/л). Образует горную породу гипс (природный гипсовый камень). Ангидрит - СаSО4 - (безводный гипс) – по внешнему виду похож на гипс, красновато-белого или синеватого цвета, внешне напоминает мрамор; плотность и твердость больше: соответственно 2,8…3,0 и 3…3,5. Слагает горную породу ангидрит. Почти всегда образует залежи совместно с гипсом.

8

Распространенность породообразующих минералов в земной коре выражается следующим образом: • полевых шпатов – 57,9%; • роговой обманки, авгита, оливина, змеевика – 16,8%; • кварца – 12,6%; • слюды – 3,6%; • кальцита – 1,5%; • каолинита и других глинистых минералов – 1,1%; • на все другие минералы приходится всего 6,5%. 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ 2.1. Классификация и свойства горных пород В зависимости от условий образования горные породы делятся на 3 вида (рис.1): • магматические (изверженные, первичные), • осадочные (вторичные), • метаморфические (видоизмененные). Условия образования горных пород обусловливают их строение и свойства. Структура – это внутреннее, по всей толще, строение горной породы. Различают следующие виды структур: • кристаллическую (зернисто-кристаллическую), которая, в свою очередь, в зависимости от размера зерен (минералов) может быть грубозернистой, крупнозернистой, среднезернистой и мелкозернистой (табл. 2.); кроме того, различают равномернозернистые и неравномернозернистые структуры (рис. 2); кристаллической структурой обладают глубинные магматические горные породы, химические осадочные, некоторые метаморфические; • скрытокристаллическую, в которой имеются лишь зачатки кристаллов, не различимых невооруженным глазом; скрытокристаллической структурой обладают излившиеся магматические породы (базальты); • стекловатую, аморфную, не имеющую кристаллических образований; стекловатой структурой обладают излившиеся магматические породы (андезиты); • порфировую, характеризующуюся наличием хорошо образованных кристаллов, погруженных в стекловидную основную массу породы;

9

• землистую, образованную из мельчайших обломков раковин и скелетов микроорганизмов (мел, диатомит); • пористую, ячеистую (пемза, туф); • ракушечную, образованную из сцементированных раковин и панцирей моллюсков (известняк-ракушечник). Таблица 2 Структура Мелкозернистая (кристаллическая) Среднезернистая (кристаллическая) Крупнозернистая (кристаллическая) Грубозернистая (кристаллическая)

Магматическая Осадочная порода порода Крупность минералов, мм 2…3 0,25…0,75 3…5 0,75…1,25 5…10 1,25…2,0 более 10 2…3

Рис. 2. Типы структур горных пород (схемы): а - неравномернозернистые, б - равномернозернистые

Текстура (сложение) характеризуется относительным расположением породообразующих минералов. Различают сланцеватую, ленточную, землистую, пемзовидную, ракушечную, кавернозную текстуры (рис. 3).

Рис. 3. Разновидности текстур горных пород: 1 - сланцеватая; 2 – ленточная; 3 - землистая;. 4 – пемзовидная; 5 – ракушечная; 6 - кавернозная

Минеральный состав и структура определяют плотность, прочность, декоративные и все другие свойства каменного материала. По объему земная кора состоит на 95% из магматических, 4% метаморфических и 1% осадочных горных пород. При этом осадочные породы находятся на поверхности и занимают ¾ поверхности суши. Из разрабатываемых месторождений скальных горных пород на долю осадочных (известняки, доломиты, песчаники) приходится 49,2%, магматических - 47,5% (из них гранита - 30%), метаморфических – 4,3%. 2.2. Магматические (изверженные) горные породы Магматические горные породы образовались из магмы, огненно-жидкой массы, поднявшейся (изверженной) из глубин земли и затвердевшей. В зависимости от условий образования, от того, на какой глубине от поверхности земли застывала магма, магматические горные породы делятся на две основные группы: глубинные и излившиеся. Глубинные (интрузивные) породы образовались в результате остывания магмы на большой глубине от поверхности земли в условиях высокой температуры и высокого давления. Остывание магмы происходило медленно, и при этом получались более или менее крупные зерна различных минералов, прочно сросшиеся между собой. Образовывалась так называемая зернистокристаллическая (гранитная) структура каменного материала. Излившиеся (эффузивные) породы образовались в результате остывания магмы, излившейся в виде лавы на поверхность земли или близко к поверхности в виде жил при давлениях и температурах, мало отличавшихся от существующих на земле. В таких условиях остывание происходило быстро, вследствие чего не успевали образовываться крупные зерна. Поэтому породы, образовавшиеся из магмы, остывшей на поверхности земли, имеют по всей массе скрытокристаллическую или аморфную стекловидную структуру. Рис. 4. Типы структур горных пород (схемы): а – зернистокристаллическая гранитная; б - порфировая б - порфировая

2

Массивные излившиеся породы, образовавшиеся из магмы, остывавшей недалеко от поверхности земли, где условия были близки и к тем, и к другим (и поверхностным, и глубинным), имеют так называемую порфировую структуру: в скрытокристаллическую или аморфную массу (или в массу мелких зерен) включены крупные хорошо образованные кристаллы (рис. 4). Каждой глубинной горной породе соответствует излившаяся, получившаяся из той же магмы. Химический и минералогический состав у них одинаковые, но строение, структура из-за разных условий остывания различные. Такая излившаяся горная порода называется аналогом глубинной: например, гранит – кварцевый порфир; сиенит – бескварцевый порфир, трахит; диорит – порфирит, андезит. К изверженным горным породам также относятся обломочные - рыхлые и сцементированные - продукты вулканической деятельности и излияния и быстрого охлаждения лавы. По химическому составу магматические горные породы характеризуются содержанием главным образом кремния, алюминия, железа, кальция, магния, калия и натрия. По содержанию кремнезема SiO2 как в свободном, так и в химически связанном состоянии, эти породы делятся на кислые, средние, основные, ультраосновные (табл. 3). Таблица 3 Группа пород Кислые Средние Основные Ультраосновные

Содержание SiO2, % 65…85 52…65 40…52 Менее 40

Вид породы Гранит, кварцевый порфир, вулканический туф Сиенит Диорит, порфирит, андезит Пироксенит, роговая обманка

Глубинные горные породы обладают рядом общих свойств: весьма малой пористостью и, следовательно, большой плотностью и высокой прочностью. В связи с очень малой пористостью эти породы обладают весьма низким водопоглощением, хорошей морозостойкостью, но высокой теплопроводностью. Средние показатели важнейших строительно-технических свойств таких пород: плотность 2600…3000 кг/м3, прочность при сжатии 100…300 МПа, водопоглощение менее 1% по объему, теплопроводность – около 3 Вт/м·оС. Граниты – зернисто-кристаллическая порода, состоящая из кварца (20…40%), полевых шпатов (40…70%) и слюды (5…20%). Граниты имеют высокую механическую прочность при сжатии 100…250 МПа (иногда до 300 МПа). Сопротивление растяжению,

3

как у всех каменных материалов, невысокое и составляет лишь около 1/30…1/40 от сопротивления сжатию. Пористость гранитов не превышает 1…1,5%, водопоглощение по объему не более 0,5%, что обеспечивает высокую морозостойкость. Гранит, как и большинство других плотных магматических пород, обладает высоким сопротивлением истиранию. Граниты весьма разнообразны по цвету, зависящему в основном от окраски полевых шпатов, которые могут быть белыми, серыми, розовыми, красными. В силу разнообразия цветов, оттенков и декоративного рисунка являются прекрасным облицовочным декоративным материалом. Граниты – наиболее распространенная глубинная магматическая горная порода, благодаря своим техническим свойствам долговечная, и поэтому широко используется в строительстве: для защитной облицовки гидротехнических сооружений, набережных, мостов, цоколей зданий, полов общественных зданий, в качестве щебня для высокопрочного бетона. Остальные глубинные горные породы (сиенит, диорит, габбро и др.) встречаются и применяются значительно реже. Сиениты - занимают около 2,65% магматических пород. Они окрашены в розовые, серые и зеленоватые тона, что зависит от цвета полевых шпатов. Сиениты состоят из калиевых (50…70%) и натриевых (10…30%) полевых шпатов, темноокрашенных минералов (10…20 %). Если присутствует кварц, то породу называют кварцевым сиенитом. По физико-механическим свойствам сиениты близки к гранитам, несколько уступая им в прочности из-за отсутствия кварца. Диориты – темно-серая мелкокристаллическая порода, состоящая из полевых шпатов (плагиоклазов) (около 75%) и темноокрашенных минералов (порядка 25%). Плотность 2800…3000 кг/м3, по прочности превосходят граниты и сиениты: прочность при сжатии 150…280 МПа. Отличаются повышенной ударной вязкостью. Применяют для облицовки и в дорожном строительстве (брусчатка и т.п.) Габбро – крупнокристаллическая порода, темно-серого или почти черного цвета, что объясняется темной окраской плагиоклазов (содержание около 50%) и темноокрашенных минералов (также полрядка 50%). Плотность 2900…3300 кг/м3, предел прочности при сжатии 200…350 МПа. Габбро характеризуется высокой морозостойкостью и стойкостью против выветривания; хорошо полируется и имеет красивую текстуру, благодаря чему применяется для облицовки. Габбро используется также для покрытия дорог и для изготовления щебня. 4

Лабрадорит – разновидность габбро – очень декоративная порода, как правило, черного цвета с синим или зеленым отсветом, состоящая из минерала лабрадор. Широко применяется для облицовки, изготовления памятников. Излившиеся массивные горные породы имеют или порфировую, или скрытокристаллическую, стекловидную структуру. К породам, имеющим порфировую структуру, относятся кварцевый порфир, бескварцевый порфир, порфирит. Кварцевые порфиры по своему составу и своим физикомеханическим свойствам близки к гранитам, но в силу своей неоднородной структуры более хрупки и менее стойки на истирание и выветривание. Бескварцевые порфиры по своему составу близки к сиенитам, но обладают худшими физико-механическими свойствами. Порфирит – аналог диорита – имеет ярко выраженные вкрапления полевых шпатов, уступает по свойствам диориту. Некоторые виды порфиров очень декоративны. Излившиеся массивные породы, обладающие скрытокристаллической или стекловатой структурой, характеризуются плотностью, высокой прочностью, вязкостью, низкой истираемостью. Исключение в этой группе составляет трахит. Трахиты – аналог сиенита – характеризуются заметной пористостью (плотность 2000…2200 кг/м3), в силу чего предел прочности при сжатии трахитов невысок – 50…90 МПа, а морозостойкость, стойкость на истирание ниже, чем у сиенитов. Трахиты легко обрабатываются, но не полируются. Их используют как стеновой материал, щебень для облегченного бетона, кислотостойкий материал. Андезиты – излившиеся аналоги диоритов – порода серого или желтовато-серого цвета, структура неполнокристаллическая (иногда порфировая) или стекловатая. Плотность андезитов 3 2200…2700 кг/м , предел прочности при сжатии – 60…240 МПа – в зависимости от плотности и содержания темноокрашенных минералов. Андезиты применяют к качестве кислотостойкого материала - кислотостойкой облицовки, в виде щебня для кислотостойкого бетона. Базальты – самая распространенная излившаяся горная порода, аналог габбро – породы темно-серого или черного цвета, скрытокристаллические или тонкозернистые (иногда порфировые), очень плотные (2700…3300 кг/м3); предел прочности при сжатии колеблется в широких пределах от 110 до 500 МПа (в среднем 200…250 МПа). Базальты ввиду большой твердости и хрупкости трудно обрабатываются, но хорошо полируются. Применяются главным образом в виде бутового камня и щебня для бетонов, в 5

дорожном строительстве (для мощения дорог и улиц: например, брусчатка на Красной площади). Особо плотные породы используют в гидротехническом строительстве. Базальты являются исходным материалом для литых каменных материалов и высококачественной минеральной ваты. Диабазы – мелкозернистая порода черного цвета, аналог габбро, обладают типичной диабазовой микроструктурой: полнокристаллическая структура представлена кристаллами плагиоклаза, между которыми располагаются зерна темноокрашенных минералов. Диабазы отличаются высокой твердостью и прочностью на сжатие (110…330, иногда до 450 МПа) и вязкостью, что обусловлено большим содержанием железисто-магнезиальных силикатов и свойственной этим породам структурой. Диабазы обладают высокой стойкостью при истирании и применяются в виде брусчатки для мощения дорог и улиц. Излившиеся обломочные породы - рыхлые или цементированные – легкие пористые материалы, характеризующиеся малой теплопроводностью и достаточной морозостойкостью. Вулканический пепел и песок – наиболее мелкие частицы лавы, обломки отдельных минералов, выброшенные при извержении вулкана. Происхождение пепла объясняется размельчением лавы при вулканических взрывах. Размеры частичек пепла колеблются от 0,1 до 2 мм. Вулканический пепел и песок в силу быстрого остывания имеют стеклообразное строение и, следовательно, обладают определенной химической активностью, благодаря чему при добавлении извести или цемента (а иногда и самостоятельно) они способны к гидравлическому твердению. Применяются как активная минеральная добавка к вяжущим. В качестве таковой использовалась ещё в древнем Риме для придания извести водостойкости (например, пепел Везувия). Пемза – очень пористая (до 80%) легкая порода в виде кусков размером 5…100 мм. Цвет – буровато-белый или серый. Плотность пемзы в куске 300…900 кг/м3 , низкая теплопроводность 0,14…0,23 Вт/м·К. Прочность пемзы невелика – 2…4 МПа, но это достаточно для использования ее в качестве заполнителя при производстве легких бетонов. Кроме того, пемза используется в молотом виде как добавка к цементам и в качестве абразивного порошка (твердость пемзы около 6). Вулканические туфы – горные породы, образовавшиеся из вулканических пеплов, которые омонолитились в результате спекания массы, сохранившей высокую температуру, или в результате природной цементации. Вулканические туфы – пористая порода (пористость 30…40%) в основном с замкнутыми порами, что обу6

словливает их высокую морозостойкость; средняя плотность 800…1800 кг/м3, теплопроводность – не более 0,4 Вт/м·К. Цвет туфов разнообразный: от красно-оранжевого до коричневатолилового. Туфы легко обрабатываются, распиливаются, прибиваются гвоздями, шлифуются, но не полируются. Крупнейшие месторождения туфов находятся в Армении. Они возникли в результате деятельности ныне потухшего вулкана Арарат. Туфы используют как облицовочный материал, для изготовления стеновых блоков, а также в виде щебня для легких бетонов. В тонкомолотом виде туф используют как добавку к цементам. Наиболее уплотненные вулканические туфы называются трасами. Туфовая лава - разновидность вулканических туфов, образовавшаяся при попадании пепла и пемзы в огненно-жидкую лаву. По структуре, свойствам и областям применения туфовая лава аналогична вулканическому туфу, благодаря большей доле замкнутых пор более долговечна. 2.3. Осадочные горные породы Осадочные (вторичные) горные породы образовались в результате разрушения магматических (изверженных) и других пород под влиянием изменения температуры, действия ветра и воды. Продукты разрушения перемещались водными потоками на значительные расстояния, осаждались в местах спокойного течения воды, морях, озерах, переносились ветром или ледниками. Некоторые минералы и продукты их разрушения растворялись в воде и впоследствии осаждались из водного раствора, почему и получили название осадочные. Характерной особенностью осадочных горных пород является слоистость (залегание пластами), возникающая при постепенном образовании пласта из механических осадков или органогенных отложений. Отдельные слои отличаются один от другого окраской, составом и свойствами. Для многих осадочных пород характерна также большая пористость, наличие окаменелых остатков ранее живших организмов или их отпечатков. В зависимости от условий образования осадочные породы делятся на три основные группы: • механические отложения (обломочные): - рыхлые – валунный камень гравий, песок, глина, - образовавшиеся в результате разрушения магматических и других горных пород;

7

- цементированные – песчаники, конгломераты, брекчии, образовавшиеся из рыхлых горных пород в результате цементирования «природными цементами» (известковыми, кремнистыми); • органогенные отложения: известняки, известнякиракушечники, мел, трепел, опока, образовавшиеся из остатков некоторых организмов животных и водорослей (раковины, панцири, скелеты губок и др.); • химические (хемогенные) осадки: гипс, доломит, магнезит, некоторые виды известняков, образовавшихся в результате осаждения из водных растворов. Механические осадочные горные породы могут быть рыхлыми и сцементированными. Рыхлые механические осадочные породы – валунный камень, гравий, песок – применяются как заполнитель для бетонов и растворов, подстилающий слой в дорожных одеждах. Пески являются также составной частью сырьевой смеси при производстве стекла, керамических материалов, силикатного кирпича, силикатного бетона и др. Чаще всего встречаются кварцевые пески. Это объясняется тем, что при выветривании гранита кварц оказывается наиболее твердым (твердость 7) и химически стойким минералом, который разрушает соседствующие с ним минералы (полевые шпаты, слюду и др.). Зерна кварца лишь слегка окатаны при перемещении водой или ветром. Глина - тонкодисперсный землистый материал, более чем на 50% сложенный из частиц размером менее 0,01 мм, причем не менее чем 25% из них имеют размеры менее 0,001 мм. Глины образовались при разрушении самого распространенного минерала - полевых шпатов. Каолиновые глины сложены минералом каолинитом. Обычно они окрашены в светлые тона, жирные на ощупь, огнеупорны. Полимиктовые глины характеризуются наличием двух или нескольких минералов, причем ни один из них не является преобладающим. Глины находят большое применение: они являются основным сырьем при производстве керамических материалов, как компонент сырьевой смеси при производстве цементов. Сцементированные механические осадочные породы образовались из рыхлых залежей под действием минерализованных вод и давления вышележащих слоев: песчаники, брекчии, конгломераты. Песчаники состоят из зерен кварцевого песка, сцементированного природным цементом, например, карбонатом кальция СаСО3, 8

водным кремнеземом SiO2·nH2O, гипсом CaSO4·2H2O и др. В зависимости от цементирующего вещества песчаники называют известковыми, кремнистыми и т.д. Цвет их зависит от цвета цементирующего вещества. Наибольшее применение в строительстве получили известковые и кремнистые песчаники. Известковые песчаники легче обрабатываются, их плотность составляет 1800…2400 кг/м3, прочность при сжатии от 20 до 100 МПа. Кремнистые песчаники более стойкие и прочные, их плотность составляет 2300…2600 кг/м3, прочность – 100…200 МПа, иногда выше. Песчаники используют для фундаментов, стен неотапливаемых зданий, подпорных стенок, тротуаров, особо стойкие – для облицовок; кроме того, их используют для изготовления щебня для бетона, штучных камней для дорожного строительства. Брекчии и конгломераты – породы, состоящие из сцементированных зерен гравия (конгломераты) или из остроугольных с шероховатой поверхностью зерен щебня (брекчии) (рис. 5). В основном их используют как местный материал для получения щебня. Рис. 5. Цементированные отложения: а - конгломерат; б - брекчия

Органогенные осадочные горные породы в основном состоят из карбоната кальция СаСО3 или аморфного кремнезема SiO2·nH2O. Важнейшие породы в этой группе – известняки различного вида. Известняки плотные - широко распространенная горная порода, состоящая в основном из кальцита СаСО3; кроме кальцита они содержат примеси магнезита, глины, кремнезёма. Цвет известняков в зависимости от примесей может быть белым, светло-серым, серовато-кремовым или желтоватым. Плотность известняков 2000…2600 кг/м3, прочность при сжатии - 15…150 МПа; твердость небольшая – 3…3,5, что позволяет легко добывать и обрабатывать известняк. В кислых средах, в том числе при воздействии углекислого газа, известняки нестойки. Известняки издревле широко применяются в строительстве для возведения зданий и их облицовки (вспомним слова «Москва белокаменная»; сегодня можем увидеть построенные из известняка в XV веке соборы Московского Кремля); самый распространенный ще-

9

бень для бетонов – известняковый; известняк – сырье для производства извести и цемента. Мраморовидные известняки – переходные породы от плотных известняков к мраморам. Они имеют большую чем у известняков плотность (2600…2800 кг/м3) и прочность (60…180 МПа). Применяются для облицовки зданий. Известняк-ракушечник – пористая порода, состоящая из раковин и панцирей моллюсков, сцементированных природным известковым цементом. Плотность ракушечника – 900…1800 кг/м3, прочность при сжатии – 0,4…12 МПа. Он имеет низкую теплопроводность, легко распиливается, благодаря чему его используют как местный стеновой материал в виде камней и блоков. Декоративные разновидности ракушечника применяются как облицовочный материал. Мергель – тесная природная смесь известняка с глиной (25…60%) плотного землистого сложения (средняя плотность 2100…2700 кг/м3). Мергель легко выветривается, неводостоек, неморозостоек. Применяется для производства извести, цемента, получения красок, замазок. Мел – землистая горная порода, состоящая из мельчайших частиц раковин и скелетов морских микроорганизмов, представляет собой почти чистый кальцит СаСО3. Пористость мела - до 40%, твердость 1. Используют при производстве извести, цемента, стекла и благодаря высокой дисперсности для приготовления красок и шпаклевок. Диатомиты и трепелы – слабосцементированные или рыхлые землистые породы белого, серого или желтоватого цвета, в основном состоящие из аморфного кремнезема SiO2·nH2O. Они образовались из диатомитового ила, накопившегося в морях и озерах, мельчайших диатомитовых водорослей, а также кремниевых скелетов морской микрофауны с примесью глины и ила. Трепел отличается от диатомита тем, что содержит мало или почти лишен органических остатков. Диатомиты и трепелы – легкие пористые породы (плотность 350…950 кг/м3), обладающие весьма низкой теплопроводностью (0,15…0,20 Вт/м·К). Диатомит и трепел содержат до 75…96% активного кремнезёма, поэтому они являются лучшей активной минеральной добавкой к вяжущим. Кроме того, они используются при производстве теплоизоляционных материалов. Опока – тонкопористая или плотная порода, образовавшаяся в результате уплотнения со временем под давлением вышележащих слоев диатомитов и трепелов. От трепелов отличается большей однородностью и раковистым изломом. Плотность опоки составля10

ет 1100…1800 кг/м3, пористость - 20…40%, цвет желтый с серым или зеленоватым оттенком. Применяется как активная минеральная добавка к вяжущим. Химические (хемогенные) осадочные породы образовались главным образом при испарении вод, содержащих минеральные соли. Для строителей интерес представляют сульфаты и карбонаты кальция и магния: магнезит, доломит, гипс, ангидрит, известковый туф. Магнезит – порода, состоящая в основном из минерала магнезита МgCO3, по структуре кристаллическая или аморфная, серого, белого или желтого цвета. Используется для получения магнезиального вяжущего – каустического магнезита, а также для производства огнеупорных материалов. Доломит - плотная порода, состоящая в основном из минерала доломита СаСО3·МgCO3, с примесью глины, оксидов железа и др. По структуре и свойствам доломит близок к плотным известнякам: плотность - 2200…2800 кг/м3, прочность - 50…200 МПа. Его применяют для получения щебня для бетона, в качестве строительного камня, для производства каустического доломита, огнеупорных материалов. Гипс (природный гипсовый камень) – горная порода обычно белого или серого цвета, состоящая из минерала того же названия СаSО4·2Н2О, по структуре зернисто-кристаллическая. Плотность 2000…2300 кг/м3, твердость 1,5-2. Применяется для производства гипсовых вяжущих. Ангидрит – плотная горная порода, состоящая в основном из минерала ангидрита СаSО4. Цвет ангидрита белый с голубым или серым оттенком, плотность 2100 кг/м3, прочность при сжатии достигает 70…80 МПа. Более твердый, чем природный гипсовый камень (3…3,5). Применяется для производства гипсовых вяжущих, и внутренней отделки и скульптурных работ. На открытом воздухе быстро переходит в гипс. Известковый туф образовался в результате выпадения в осадок CaCO3 из подземных углекислых вод. Их структура пористая, ноздреватая, водопоглощение 13…14%; плотность известковых туфов 1400…1800 кг/м3. Прочность при сжатии колеблется в пределах 5…80 МПа. Они легко поддаются распиловке и используются для внутренней облицовки помещений. 2.4. Метаморфические породы Метаморфические горные породы образовались в результате значительного преобразования изверженных или осадочных горных 11

пород, под действием высокой температуры, высокого давления газов, механических воздействий, наличия горячих растворов. При этом происходило глубокое изменение строения, а иногда и химического минералогического состава первоначальной породы. Метаморфизация магматических горных пород обычно ухудшает их строительно-механические свойства: происходит перекристаллизация, образование сланцеватости и резкое падение механических свойств в направлении слоев. Метаморфизация осадочных пород, напротив, обычно улучшает их строительномеханические свойства за счет образования более плотной равномерно зернистой структуры. Из метаморфических горных пород в строительстве применяют гнейсы, мраморы, кварциты, глинистые сланцы. Гнейсы, образовавшиеся из гранитов в результате перекристаллизации, имеют ленточное или сланцеватое сложение и могут сравнительно легко раскалываться по плоскостям сланцеватости (рис. 6); в направлении, перпендикулярном сланцеватости, мало отличаются от гранитов: прочность при сжатии 100…2500 МПа. Цвет серый, темно-серый, темно-красный; средняя плотность 2600…2900 кг/м3, Применяются гнейсы для изготовления бутового камня, шашки для мощения, кладки фундаментов, в качестве материала для щебня, плит облицовки, тротуарных плит.

Рис. 6. Текстура гнейса: а - ленточная; б - сланцеватая

Глинистые сланцы – твердая порода сланцеватого сложения, получившаяся из глин, темно-серого или темно-вишневого цвета; легко раскалывается на тонкие (2…8 мм) ровные плитки, применяемые как один из самых долговечных кровельных материалов. Из глинистого сланца изготавливают плиты для внутренней облицовки, лестничные ступени, плиты для полов; Мраморы – широко распространенная горная порода, образовавшаяся из известняков в результате огромного многостороннего давления в условиях высоких температур и состоящая из плотно сросшихся между собой кристаллов кальцита СаСО3, иногда с примесью доломита СаСО3· МgCO3. Мраморы могут быть как чисто белые, так и самых разнообразных цветов с характерным мраморовидным рисунком. Средняя плотность мраморов составляет

12

2600…2800 кг/м3, прочность при сжатии – 50…300 МПа. Мраморы хорошо полируются. Мрамор широко применяется как декоративный и отделочный материал для внутренних частей зданий. Для наружных облицовок его применять не рекомендуется, поскольку кальцит не стоек к действию влаги и кислотных оксидов, в том числе и СО2, в большом количестве содержащихся в атмосфере современных городов. Не следует применять мрамор для полов с большой интенсивностью движения. Мраморную крошку используют как заполнитель для цветных цементных и асфальтовых бетонов. Кварциты – прочная и твердая порода, образовавшаяся из кремнистых песчаников. Кварцит состоит их сросшихся между собой кристаллов кварца. Цвет кварцитов белый, красный, темновишневый. Кварциты очень стойки к выветриванию, имеют высокую плотность (2600…2700 кг/м3) и прочность (250…400, иногда до 500 МПа); из-за большой твердости (7) трудно обрабатываются. Кварциты применяются в ответственных частях зданий и сооружений, используют в качестве облицовочного материала, для бута, щебня, в качестве сырья для получения кислотоупорного материала, огнеупоров. 3. ВИДЫ И МАРКИ ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ В зависимости от степени обработки различают: • грубообработанные каменные материалы (валунный камень, бутовый камень, гравий, щебень, песок); • штучный камень (блоки, плиты, плитки, шашка, брусчатка); • профилированные изделия (бортовой камень). 3.1. Грубообработанные каменные материалы Валунный камень – грубоокатанные, преимущественно округлой формы, природные обломки скальных горных пород размером более 100 мм. Валуны размером до 250 мм называют сырцом, так как их можно применять для дорожных работ (например, мощение) без дополнительной обработки. Более крупные валуны используют для получения шашки, щебня путем раскалывания. Галька представляет собой окатанные водой обломки горных пород размером 80…100 мм. Гальку применяют для устройства оснований, дренажей, но чаще измельчают и используют как щебень. Гравий – природный зернистый сыпучий материал, состоящий из окатанных обломков размером 5…120 мм, получаемый рассевом природных гравийно-песчаных смесей. 13

Бутовый камень – куски камня неправильной формы размером 150…500 мм, массой до 20…40 кг. Из бута возводят плотины и другие гидротехнические сооружения (из бутобетона), применяют для подпорных стенок, кладки фундаментов; большое количество бутового камня перерабатывается в щебень. Щебень – зернистый сыпучий материал с зернами крупностью 5…120 мм, получаемый дроблением горных пород, гравия и валунов. Встречается природный щебень, называемый дресвой. Песок –зернистый сыпучий материал, состоящий из частиц размером менее 5 мм, получаемый рассевом природных гравийнопесчаных смесей. 3.2. Штучный камень Стеновые камни получают из туфов и пористых известняков путем выпиливания из массива горной породы или распиловки блоков-заготовок. Основные размеры стеновых камней: 390х190х180, 490х240х188, 390х190х288 мм. Каждый такой камень заменяет в кладке 8-12 кирпичей. Стеновые блоки (объёмом не менее 0,1 м3) (рис. 7). Рис. 7. Каменные блоки: а - колотый; б - тесаный; в - пиленый

Плиты: • для внешней облицовки (рис. 8) (гидротехнических сооружений, зданий, цоколей, опор мостов, специальной облицовки), • для внутренней облицовки, • для полов и каменных ступеней, • тротуарные.

Рис. 8. Облицовочная плита

По способу обработки плиты могут быть: • пиленые толщиной 25…59 мм; • резаные толщиной 60…300 мм; • тесаные толщиной 100…200 мм.

14

• Кровельные плитки (природный шифер) размером от 250х150 до 600х350 мм, толщиной 4…8 мм. Их получают раскалыванием и обрезкой глинистого сланца. Это самый долговечный (сотни лет) кровельный материал. Шашка для мощения (рис. 9) - грубоколотые камни неправильной формы, приближающиеся к призме или усеченной пирамиде. Пакеляжная шашка применяется для устройства оснований для дорожного покрытия. Брусчатка (рис. 10) - колотые и тесаные бруски камня, приближающиеся по форме к параллелепипеду, имеющие по лицу форму прямоугольника; применяют для дорожного покрытия.

Рис. 9. Шашка: 1 – для мощения; 2, 3 - пакеляжная

Рис. 10 . Брусчатка

3.3. Профилированные изделия Бортовой камень (рис. 11), служащий для отделения проезжей части дороги от тротуара. Рис. 11. Бортовой камень: а - прямой; б - лекальный; в - для съездов

Природные каменные материалы по средней плотности делятся на легкие (плотность менее 1800 кг/м3) и тяжелые (плотность более 1800 кг/м3). Легкие камни (вулканический туф, пемза, известняк-ракушечник) применяются в виде штучного камня и блоков для стен зданий, заполнителя для легкого бетона, теплоизоляционных материалов. Тяжелые камни (гранит, сиенит и т.п.) применяются для несущих конструкций, дорог, мостов и т.п. По прочности на сжатие каменные материалы делятся на следующие марки (кгс/см2): легкие – 4, 7, 10, 15, 25, 35,50, 75, 100,150, 200;

15

тяжелые – 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200 и более. По морозостойкости каменные материалы разделяют на марки: 10, 15, 25,50,100,150, 200, 300 и 500. Высокую морозостойкость имеют плотные камни с равномерно-зернистой структурой. По водостойкости в строительстве применяют каменные материалы со следующим коэффициентом размягчения: 0,6, 0,75, 0,9 и 1. Коэффициент размягчения камня, применяемого для гидротехнических сооружений и фундаментов, должен быть не менее 0,6, для наружных стен зданий - не менее 0,6. При устройстве дорожных покрытий, полов, лестниц и т.п. важное значение имеют истираемость и износостойкость. Мелкокристаллические материалы при истирании становятся слишком скользкими, поэтому для дорожных покрытий, полов, лестниц следует применять среднезернистые материалы, которые при истирании остаются немного шероховатыми. При выкрашивании крупных зерен в процессе истирания в камне образуются выбоины. Теплостойкость каменного материала зависит от его минералогического состава. Некоторые материалы при повышенной температуре разлагаются (гипс при 100 оС, известняк при 900 оС), другие каменные материалы (например, гранит, порфиры) растрескиваются при пожаре вследствие различного теплового расширения составляющих их минералов). 4. ДОБЫЧА И ПЕРЕРАБОТКА ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ Скопления горных пород в земной коре называют месторождениями. Разработка месторождений (добыча горных пород) происходит в карьере. Для решения вопроса о целесообразности разработки данного месторождения производят разведку, цель которой установить: • запасы горной породы; • строительно-технические свойства горной породы; • рентабельность разработки, которая будет зависеть от верхнего наносного слоя, толщины слоя породы, способа разработки и транспортирования горной породы. В зависимости от условий залегания (рис. 12, 13) разработка горных пород может вестись открытым способом в карьерах, реже подземным или подводным (рыхлые горные породы залегают сравнительно неглубоко от поверхности воды в реках или озерах) способами.

16

Рис. 12. Залегание валунного камня: 1 – верховое; 2 – линзовое; 3 – низовое (недровое)

Рис.13 . Залегание речного валунного камня: 1 – береговое; 2 – донное

Методы добычи и обработки природного камня зависят от вида конечной продукции (щебень, стеновые камни, облицовочные плиты и т.п.) Вначале проводятся вскрышные работы - удаляют верхний наносной слой, а затем снимают верхние выветрившиеся слои горной породы. Работы в карьере обычно ведут уступами (рис. 14, 15). Высота уступа колеблется от 2 до 10 м. Для рыхлых горных пород принимают меньшую высоту, чем для скальных (по условиям техники безопасности).

Рис. 14. Разработка месторождения открытым способом в равнинной местности

Рис. 15. Разработка месторождения на склоне балки

Массивные горные породы, предназначенные для производства дорожно-строительных материалов (щебня) с признаками выветривания, разбитые небольшими трещинами, разрабатывают экскаваторами. При большей сплошности и прочности массива породы разрабатываются взрывным способом. Взорванную породу грузят экскаватором в транспортные средства и направляют на переработку на дробильно-сортировочные заводы, а также на передвижные камнедробильные сортировочные установки. Рыхлые горные поро17

ды (валуны, гравий, песок) добывают открытым способом, как правило, одно- и многоковшовыми экскаваторами. Недопустимо производить разработку камня, предназначенного для последующего получения облицовочных плит или стеновых блоков, взрывным методом, так как в этом случае камень делается трещиноватым и непригодным для обработки. СредРис. 16. Вырезка стеновых камней машинами ние и мягкие породы с дисковыми пилами (мрамор, известняк, вулканический туф) добывают в карьерах с помощью камнерезных машин (рис. 16), снабженных твердосплавными (или с алмазными насадками) дисковыми или цепными пилами. При этом из массива вырезают блоки в форме прямоугольного параллелепипеда шириной и высотой 0,2…2 м, длиной до 2,8 м. В случае, если необходимо добыть блок камня большего размера (2…10 м), используют установки с канатными пилами. Твердые породы (гранит, сиенит и др.) обычно разрабатывают, отделяя сначала крупный монолит; затем его делят на блоки, из которых на камнеобрабатывающем заводе получают требуемые изделия. Рис. 17. Развалка монолита на блоки Отделение монолита может с помощью клиньев осуществляться несколькими способами: буроклиновым, строчечным бурением и канатными пилами с алмазными насадками. Чаще других применяется буроклиновой способ. Он заключается в том, что отделяемый объем камня обуривается по контуру перфораторами, в полученные отверстия (шпуры) вводятся гидравлические или механические клинья (рис. 17) или расширяющиеся составы на основе минеральных вяжущих веществ – так называемый тихий взрыв. С их помощью монолит породы раскалывают по требуемой плоскости. В старину для этой цели применяли силу замерзающей воды или набухающей древесины. Этот метод базируется на крайне низкой прочности камня на

18

растяжение (для гранита Rраст составляет 5…8 МПа при сжатии Rсж - 100 МПа). 5. ПРИМЕНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В древнейшие времена природный камень был основным строительным материалом. Все древние постройки (мосты, акведуки, храмы, крепости, дворцы) возводились из природного камня. До наших дней во многих странах сохранились выдающиеся памятники каменного зодчества как часть древнейших цивилизаций, существовавших на земле. Каменные материалы очень прочны, долговечны, огнестойки и, как правило, являются местным строительным материалом. В наше время для возведения несущих конструкций (стен, колонн, арок, куполов и др.) тяжелые плотные каменные материалы не применяют. Но тем не менее они широко используются в современном строительстве: при возведении дорог и аэродромов, мостов, гидротехнических сооружений, для облицовочных работ; пористые каменные материалы применяются в конструкциях стен промышленных, общественных и гражданских зданий; для производства искусственных каменных материалов, минеральных вяжущих. Таблица 4 Применение природных каменных материалов 1 Мощение автомобильных дорог

Рекомендуемые горные породы 2 3 Износостойкость, проч- Базальт, диабаз, гранит, ность, морозостойкость сиенит, диорит, габбро

Слои дорожной одежды Щебень для тяжелого бетона

Износостойкость, прочность, морозостойкость Износостойкость, прочность, морозостойкость

Плиты для тротуаров Мелкий заполнитель для бетонов и растворов Щебень для легкого бетона Фундаменты

Износостойкость, прочность, морозостойкость Плотность 2000…2800 кг/м3

Назначение

Требования

Плотность до 1200 кг/м3

Гравий, песок Гранит, сиенит, диорит, базальт, плотный известняк, доломит, кварцит Гнейсы Песок кварцевый, полевошпатовый

Известняк пористый, туф, трахит Плотность более Все виды горных пород 2000 г/м3, морозостойкость (бутовый камень, камни пиленые и колотые)

19

1 Стены зданий

Наружная облицовка зданий

2 Плотность не более 2300 кг/м3, Водопоглощение не более 30%, морозостойкость не менее F15 Атмосферостойкость, декоративные качества

Внутренняя облицовка

Декоративные качества, легкость обработки

Наружные лестницы и площадки, парапеты и ограждения Внутренние лестницы и площадки, полы Гидротехнические сооружения

Стойкость на истирание

Облицовка гидротехнических сооружений

Морозостойкость 150…500, прочность не ниже 80…100 МПа, твердость, водопоглощение не более 1% Морозостойкость, плотность, прочность Атмосферостойкость, долговечность Жаростойкость, теплостойкость, прочность

Подземные сооружения и мосты Кровля Жаростойкие облицовки, футеровки и кладки Кислотоупорные облицовки, футеровки и кладки Щелочестойкие облицовки, футеровки и кладки Портландцемент Известь

Стойкость на истирание Плотность, морозостойкость, прочность

Кислотоупорность, вязкость, прочность Щелочестойкость, прочность Минералогический состав Минералогический состав

20

Продолжение таблицы 4 3 Пористые известняки, доломит, песчаник, вулканический туф, гипсовый камень (плотность не более 2300 кг/м3) Гранит, сиенит, диорит, габбро, лабрадорит, базальт, вулканический туф, кварцит, плотный известняк Мрамор, мраморовидный известняк, гипсовый камень, ангидрит, известняк-ракушечник, брекчии, конгломераты карбонатные, вулканические туфы Гранит, сиенит, диорит, габбро, лабрадорит, базальт, песчаник Мрамор, гранит, лабрадорит, глинистый сланец Гранит, сиенит, диорит, габбро, лабрадорит, базальт, песчаник, плотный известняк Гранит и другие изверженные породы

То же Глинистый сланец Базальт, диабаз, андезит, туф, тальковый камень Андезит, гранит, диорит, кварцит, базальт, диабаз, кремнистые песчаники Плотные известняки, доломит, магнезит, известковый песчаник Известняки, мел, глина, мергель Известняки

1 Строительный гипс Магнезиальные вяжущие Керамические материалы Силикатные материалы Минеральные добавки к вяжущим материалам Теплоизоляционные материалы

2 Минералогический состав Минералогический состав Минералогический состав, дисперсность Минералогический состав, дисперсность Минералогический состав

Огнеупорные материалы

Определенный минералогический состав

Стекло оконное и другое

Минералогический состав (содержание SiO2)

Низкая средняя плотность, высокая пористость

Окончание таблицы 4 3 Гипсовый камень Магнезит, доломит Глина, песок Песок Гипс, диатомит, трепел, опока, вулканические пеплы, туфы Вермикулит, перлит, хризотил-асбест, диатомит, трепел, мергели, пористые известняки, туфы, пемза Кварцит, кварцевый песок, глины, магнезит, доломит Кварцевый песок, известняк

В общей массе сооружаемых объектов масса материалов и конструкций, получаемых на основе минерального сырья, составляет в среднем 70%. Из общего количества камня, добываемого в качестве технологического сырья, около 75% используют непосредственно в строительстве, в основном для изготовления бетонных конструкций; остальные 25% идут на производство цемента и других вяжущих веществ, металлургических флюсов, в химической промышленности, а также для производства стеновых изделий из природного камня. В табл. 4 даны примеры применения каменных материалов (горных пород) в строительстве и для производства строительных материалов. 6. ЗАЩИТА КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ОТ ВЫВЕТРИВАНИЯ Каменные материалы в условиях службы в конструкциях могут подвергаться процессам разрушения, аналогичным выветриванию горных пород на земной поверхности. Основные причины разрушения каменных материалов следующие: • растворяющее действие воды; • воздействие газов СО2, SO3;

21

• попеременное увлажнение и высыхание, попеременное замораживание и оттаивание; • резкое изменение температур. Все эти факторы сокращают срок службы каменных сооружений и резко ухудшают их декоративные качества. Поверхности мраморов и известняков интенсивно разрушаются сернистыми и углекислыми газами, находящимися в воздухе, малорастворимый кальцит во влажном воздухе под действием углекислого газа переходит в легкорастворимый бикарбонат кальция по реакции СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2 . Стойкость материала против выветривания тем выше, чем больше их относительная плотность (меньше пористость) и чем меньше растворимость. Все мероприятия по защите каменных материалов от выветривания направлены на повышение их поверхностной плотности и предохранение от воздействия влаги. Защитить каменные материалы от воздействия воды можно несколькими способами. При конструктивном способе применяют материал с полированной поверхностью, которая обеспечивает быстрый сток воды. Полировка каменного материала создает прочный защитный слой: поры заполняются мельчайшими частицами материала, делая их недоступными для влаги и газов. Поверхность каменных материалов можно уплотнить путем пропитки их гидрофобными составами. При химическом способе защиты каменный материал пропитывают водным раствором веществ, вступающих в химическое взаимодействие с минералом камня. При этом растворимое вещество камня переходит в нерастворимое состояние. Такой метод защиты называется флюатированием. Для флюатирования используют соли кремнефтористо-водородной кислоты, например, флюат магния MgSiF6. При флюатировании известняковых пород произойдет реакция 2СаСО3 + MgSiF6 = 2CаF2 + MgF2 +SiO2 + CO2 . В результате этой реакции в порах камня и на его поверхности выделяются нерастворимые вещества CаF2, MgF2, SiO2, повышающие не только прочность и морозостойкость камня, но и его химическую стойкость. Некарбонатные породы перед пропиткой флюатами предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей, на-

22

пример, хлористым кальцием и раствором соды, в результате чего образуется карбонат кальция CaCl2 + Na2CO3 + СаСО3 + 2NaCl . Далее производят флюатирование. 7. РЫХЛЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ 7.1. Песок Песок – неорганический сыпучий материал с крупностью зерен до 5 мм. Природный песок и песок из отсевов дробления горных пород применяются в качестве мелкого заполнителя для тяжелых, легких, мелкозернистых, ячеистых цементных бетонов, силикатных бетонов, строительных растворов, приготовления сухих смесей, асфальтобетонов, устройства оснований и покрытий автомобильных дорог как совместно с крупным заполнителем, так и самостоятельно. Истинная плотность песков для строительных работ должна составлять от 2,0 до 2,8 г/см3. По происхождению пески могут быть речные, морские, горные (овражные). Форма зерен у речных и морских песков окатанная, поверхность гладкая. Это ухудшает сцепление песка с цементным камнем. Горный (овражный) песок и песок из отсевов дробления состоят из остроугольных, шероховатых зерен, которые лучше сцепляются с цементным камнем. Однако горный (овражный) песок чаще загрязнен пылью и глиной, органическими примесями и часто нуждается в промывке. Большое значение имеет гранулометрический (зерновой) состав применяемого песка. Для определения гранулометрического состава песок предварительно просеивают через сита с размером ячеек 5 и 10 мм. Остатки на этих ситах характеризуют гравелистость песка. Затем 1000 г песка просеивают через стандартный набор сит с размером отверстий 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм. После просеивания взвешивают остатки на каждом сите и остаток с размерами частиц менее 0,16 мм и определяют частный остаток ai на каждом сите, который равен отношению массы песка на данном сите gi к массе общей навески g = 1000 г: ai =

gi ⋅ 100% g

(a2,5 =

g 2,5 g

⋅ 100%;

23

a1,25 =

g 1,25 g

⋅ 100% и т.д.)

Сумма частных остатков должна быть равна 100%: а2,5 + а1,25 + а0,63 + а0,315 + а0,16 + а 3,0 до 3,5 > 2,5 до 3,0 > 2,0 до 2,5 > 1,5 до 2,0 > 1,0 до 1,5 > 0,7 до 1,0 До 0,7

В зависимости от содержания в песке гравийных и песчаных частиц песок делится на 2 класса (табл. 6). Наличие в песке пылевидных и глинистых частиц, а также глины в комках ухудшает качество песка, снижает сцепление цементного теста с песком в бетоне, поэтому их содержание не должно превышать значений, указанных в табл. 7. Таблица 6 Класс и группа песка I класс Повышенной крупности, крупный и средний Мелкий II класс Очень крупный и повышенной крупности Крупный и средний Мелкий и очень мелкий Тонкий и очень тонкий

Содержание зерен крупностью, % по массе, не более свыше 10 мм свыше 5 мм менее 0,16 мм 0,5 0,5

5 5

5 10

5 20 5 15 0,5 10 Не допускается

10 15 20 Не нормируется

Таблица 7 Класс и группа песка 1 I класс Очень крупный

Содержание, % по массе, не более пылевидных и глинистых глины частиц в комках в песке в песке из от- в песке в песке из природсевов дробприродотсевов ном ления ном дробления 2 3 4 5 -

3

25

-

0,35

Продолжение табл. 7 1 Повышенной крупности, крупный и средний Мелкий II класс Очень крупный Повышенной крупности, крупный и средний Мелкий и очень мелкий Тонкий и очень тонкий

2

3

4

5

2 3

3 5

0,25 0,35

0,35 0,50

-

10

-

2

3 5 10

10 10 Не нормир.

0,5 0,5 1,0

2 2 0,1

Таблица 8 Марка по прочности песка из отсевов дробления 1400 1200 1000 800 600 400

Предел прочности при сжатии горной породы в насыщенном водой состоянии, МПа, не менее 140 120 100 80 60 40

Марка гравия по дробимости в цилиндре Др 8 Др 12 Др 16 Др 24

Пески из отсевов дробления в зависимости от прочности горной породы и гравия разделяют на марки. Изверженные и метаморфические горные породы должны иметь предел прочности при сжатии не менее 60 МПа, осадочные породы – не менее 400 МПа. Марка песка из отсевов дробления по прочности должна соответствовать указанной в табл. 8. Песок, предназначенный для применения в качестве заполнителя для бетонов, должен обладать стойкостью к химическому воздействию щелочей цемента. Стойкость песка определяют по минералого-петрографическому составу и содержанию вредных компонентов и примесей. Вредными примесями в песке являются: • аморфные разновидности диоксида кремния, растворимого в щелочах (халцедон, опал, кремень и др.); • сера, сульфиды и сульфаты (гипс, ангидрит и др.); • слоистые силикаты (слюды, гидрослюды, хлориты и др.); • магнетит, гидроокиси железа, апатит, нефелин, фосфорит; • органические примеси, уголь, графит, горючие сланцы. Природный песок при обработке раствором гидроксида натрия (колориметрическая проба на органические примеси) не должен придавать раствору окраску, соответствующую или темнее цвета эталона. 26

Песок отличается от крупного заполнителя способностью увеличивать свой объём и уменьшать насыпную плотность при изменении влажности от 0 до 20…25% (рис. 19). В сухом песке зерна расположены плотно, при увлажнении возникают капиллярные силы, котоРис. 19. Изменение объема песка при увлажнении рые препятствуют плотной укладке зерен. Наибольший объём и наименьшую насыпную плотность песок имеет при влажности 4…7%. Это необходимо учитывать при работе с песком и применении его в строительстве. 7.2. Щебень и гравий Щебень и гравий выпускают в виде следующих основных фракций: 5(3)…10, 10…20, 20…40, 40…80 (70), 80…120 мм. При использовании отдельных фракций или смеси фракций щебня или гравия полные остатки на контрольных ситах d, D, 1,25D должны соответствовать указанным в табл. 9 (рис. 20). Таблица 9 Диаметр отверстий контрольных сит, мм Полные остатки на ситах, % по массе

d

0,5(d +D)

D

1,25D

90…100

30…80

0…10

0…5

Полные остатки на ситах, %

d - наименьший диаметр зерен фракции или смеси фракций; D - наибольший диаметр зерен фракции или смеси фракций. 20 40

Рис. 20. Кривые оптимального зернового состава щебня (гравия)

60 80

100 d

0,5(d + D) D Размер отверстий сит, мм

1,25D

27

Для определения размера зерен крупнее 80 (70) мм следует применять проволочные кольца-калибры различного диаметра в зависимости от ожидаемой крупности щебня (гравия) 90, 100, 110, 120 мм и более.

Рис. 21. Форма щебня: 1 – кубовидная; 2 – клиновидная; 3 – плитовидная; 4 – лещадный; 5 – угловатая; 6 - пальцеобразная

Щебень из гравия должен содержать дробленые зерна в количестве не менее 80% по массе. Допускается по согласованию с потребителем выпуск щебня из гравия с содержанием дробленых зерен не менее 60%. Форму зерен щебня и гравия характеризует содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы (рис. 21). Щебень в зависимости от содержания зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы подразделяют на четыре группы, которые должны соответствовать указанным в табл. 10. Таблица 10 Гравий не должен содержать зерен пластинчатой и игловатой формы более 35% по массе. Плотность исходной горной породы щебня и гравия для бетона должна быть от 2000 до 2800 кг/м3.

Группа щебня 1 2 3 4

Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы, % по массе до 15 включительно св. 15 до 25 св. 25 до 35 св. 35 до 50

Прочность щебня и гравия характеризуют маркой, определяемой по дробимости щебня (гравия) при сжатии (раздавливании) в цилиндре. Соответствующие требования представлены в табл. 11 для щебня и табл. 12 для гравия.

28

Таблица 11 Марка щебня по прочности (в кгс/см2) 1400 1200 100 800 600 400 300 200

Потери в массе, %, при испытании щебня осадочные и магматические магматические метаморфические глубинные породы излившиеся поропороды ды до 12 до 9 до 11 12…16 9…11 11…13 16…20 11…13 13…15 20…25 13…15 15…19 25…34 15…20 19…24 24…28 28…35 -

Таблица 12 Потери массы при испытании, %

Марка по дробимости щебня из гравия и гравия

щебня из гравия

гравия

1000 800 600 400

до 10 включит. Св 10 до 14 Св.14 до 18 Св.18 до 26

до 8 включит. Св. 8 до 12 Св. 12 до 16 Св.16 до 24

Щебень и гравий, предназначенные для строительства автомобильных дорог, характеризуются маркой по истираемости (износостойкости) в полочном барабане (табл. 13). Таблица 13 Марка по износостойкости щебня и гравия И-I И-II И-III И-IV

Потери массы при испытании, % щебня гравия до 25 включит. до 20 включит. Свыше 25 до 35 Свыше 20 до 30 Свыше 35 до 45 Свыше 30 до 40 Свыше 45 до 60 Свыше 40 до 50

Содержание зерен слабых пород в щебне и гравии в зависимости от вида горной породы и марки по дробимости не должно быть более указанного в табл. 14. Морозостойкость щебня и гравия характеризуют числом циклов замораживания и оттаивания, при котором потери массы (в %) не превышают установленных значений (табл. 15). Щебень и гравий по морозостойкости подразделяют на следующие марки: F 15; F25; F50; F100; F150; F200; F300; F400. Допускается оценивать морозостойкость щебня и гравия по числу циклов насыщения в растворе сернокислого натрия и высушивания (см. табл. 14). 29

Таблица 14 При несовпадении марок морозостойкость оценивают по результатам испытания замораживанием и оттаиванием. Содержание пылевидных и глинистых частиц (размером менее 0,05 мм) в щебне и гравии в зависимости от вида горной породы и марки по дробимости должно соответствовать указанному в табл. 16.

Содержание зеВид породы рен слабых пои марка по дробимости род, % по массе, щебня и гравия не более Щебень из изверженных, метаморфических и осадочных горных пород марок: 1400; 1200; 1000 5 800; 600; 400 10 300 15 Щебень из гравия и валунов и гравий марок: 1000; 800; 600 10 400 15

Таблица 15 Марка по морозостойкости щебня и гравия Вид испытания

F15 F25 F50 F100 F150 Замораживание - оттаивание 15 25 50 100 150

F200 F300 F400

Число циклов 200 300 Потеря массы после испытания, %, не более 10 10 5 5 5 5 5 Насыщение в растворе сернокислого натрия - высушивание Число циклов 3 5 10 10 15 15 15 Потеря массы после испытания, %, не более 10 10 10 5 5 3 2

400 5 15 1

Таблица 16 Вид породы и марка по дробимости щебня и гравия Щебень из изверженных и метаморфических пород марок: свыше 800 св. 800 до 600 включит. Щебень из осадочных пород марок: от 600 до 1200 включит. 200; 400 Щебень из гравия и валунов и гравий марок: 1000 800 600 400

30

Содержание пылевидных и глинистых частиц, % по массе, не более 1 1 2 3 1 1 2 3

ПРИЛОЖЕНИЕ Таблица 1 Состав, строение, свойства и применение магматических горных пород

Порода

Состав

Структура

Цвет

1

2

3

4

Гранит

Кварц 40…60%), ортоклаз (40…70%), слюда (5…20%) Ортоклаз, Кислый плагиоклаз, немного темноокрашенных минералов

Сиенит

Диорит

Плотность, кг/м3 5 Глубинные 2600…2700

Прочность при сжатии, МПа 6

Зернистокристаллическая

Серый, темносерый, темнокрасный

Кристаллическая

Темносерый, серый, красный, темнозеленоватая

2500…2800

100…250

От темнозеленоватого до чернозеленого; серый, темносерый

2700…2900

150…300

Плагиоклазы Мелкои (70%), рого- среднезернивая обманка, стая авгит, биотит, (иногда кварц)

100…250

Другие свойства

Применение

7

8

Водопоглощение 0,1…1%; хорошо шлифуется и полируется, стоек против выветривания Менее стоек против выветривания, чем гранит; водопоглощение 0,1…0,5%; лучше полируется, чем гранит Высокая вязкость; хорошо полируется; стоек против выветривания; водопоглощение 0,1…1%

Внешняя облицовка зданий; гидротехнические сооружения; щебень для бетонов То же, что и гранит (встречается реже, чем гранит)

Внешняя облицовка; покрытия автомобильных дорог

Продолжение табл. 1 1 Габбро

Лабрадорит

2 Полевые шпаты до 50% (анортит), пироксен, авгит, оливин Лабрадор

КварАналог цевый гранита порфир

3 4 5 6 КрупнозерСерый, тем- 2900…3200 200…350 нистая (гра- но-зеленонитная) ватый, коричневозеленый, черный КрупнозерТемный 2900 180…240 нистая (черный) с яркими переливами Изверженные масcивные Порфировая Красный, 2400…2650 155…400 бурый; серый

Бескварцевый порфир Порфирит Трахит

Аналог сиенита

Порфировая

Серый

Аналог диорита Аналог сиенита

Порфировая

Серый

Пористая, мелкокристаллическая

Андезит

Аналог диорита

Порфировая

2800

130…260

Светложелтоватый, серый

2000…2200

50…90

От светлодо темносерого

2200…2750

120…240

7

8 Высокая относи- Покрытия дорог; тельная плот- облицовка; щеность, водопогло- бень щение 0,1…0,2%; высокая вязкость Облицовка

Ниже, чем у аналогов, стойкость на истирание и выветривание

Щебень, бут, колотая и тесаная шашка, облицовка

Пористость, низкое сопротивление истиранию и выветриванию Кислотостойкость; некоторые андезиты пористые, водопоглощение 0,2…6,5%

Стеновой материал; щебень для легкого бетона Кислотостойкая облицовка, щебень для кислотостойкого бетона

Продолжение табл. 1 1 Базальт

2 Аналог габбро

3 Стекловатая, скрытокристаллическая

Диабаз

Аналог габбро

Мелкокристаллическая

Вулканические пеплы, вулканические пески Пемза

4 Темносерый

5 2700…3300

6 100…500

7 Высокая твердость и хрупкость; при наличии трещин и пор прочность понижается до 100 МПа

Темно2800…3000 1100…330 серый, зе0 (до 400) леноваточерный Изверженные обломочные Как у базаль- ПорошкообСерый, тов или анде- разные и пес- желтоватозитов чаные части- серый, коцы 0,1…2 мм ричневый

Высокая вязкость; низкая истираемость

Поризованное (до 80%) кислое вулканическое стекло

Замкнутая пористость (до 80%), сравнительно низкое водопоглощение; морозостойка; негигроскопична; низкая теплопроводность

Сыпучая порода (зерна 5…100 мм)

Серый, желтоватосерый, коричневый

300…900

2…4

8 Для дорожных покрытий; для мощения откосов набережных, щебень для бетона; сырье для каменного литья Для покрытия дорог; сырье для каменного литья Активная гидравлическая добавка к цементам

Заполнитель для легких бетонов; порошок для теплоизоляции; абразивный материал

Продолжение табл. 1 1 Вулканические туфы

2 Уплотненный вулканический пепел

3 Пористая

Наиболее уплотненные вулканические туфы ТуфоРезультат вая ла- попадания ва вулканического пепла и песка в расплавленную лаву базальтового (андезитового) состава

Пористая

То же

Пористая, стекловатая

То же

Трасы

4 Розоватофиолетовый различных оттенков до темнокрасного и черного

5 800…1800

6 4…80

750…1400

5…15 (до 30)

7 Пористость 45…70%; низкая теплопроводность; водопоглощение 4…40%; достаточно высокая морозостойкость; легко обрабатываются

8 Для стеновых блоков, для облицовки; щебень для легкого бетона; активная гидравлическая добавка к цементам; местный материал для дорожного строительства То же

То же

Окончание табл. 1 1 Вулканическое стекло: обсидиан перлит

2 Силикаты и алюмосиликаты с некоторым количеством щелочей, содержащих равномерно растворенную воду

3

4

5

6

7

8

Стекло с ра- Черный ковистым изломом Вулканическое стекло, 3…4% воды

Для получения вспученного перлита и обсидиана, для теплоизоляционных материалов

Таблица 2 Состав, строение, свойства и применение осадочных горных пород

Порода

Состав

Структура

Цвет

1

2

3

4

Гравий, галька

Состав первичных или вторичных горных пород

Рыхлый материал (размер частиц более 5 мм)

Плотность, кг/м3

5 Механические Исходной 1300…1500 горной породы

Прочность при сжатии, МПа 6 20…80

Другие свойства

Применение

7

8

Окатанная поверхность; примеси пыли, глины и органических сосоединений

Заполнитель для бетона, основания автомобильных дорог

Продолжение табл. 2 1 Песок

2 Кварц, полевые шпаты, слюда

3 Рыхлый материал (размер частиц до 5 мм)

4 От светлосерого до коричневого

5 1500…1600

6 -

7 Может содержать примеси пыли, глины и органических соединений

Глина

Кварц, полевые шпаты, каолинит, гидрослюда

Рыхлый материал (размер частиц 0,001…0,01 мм)

От белого до краснокоричневого

300…2200 (в зависимости от плотности)

-

С водой образует пластичное тесто, при высыхании дает усадку, при обжиге превращается в камневидную массу

Песчаники: кремнистые известковые

Кварц

Плотная, мелкозернистая

Кварц, кальцит

То же

Серый, бурый, желтый, розовый То же

2300…2600

100…200

1800…2400

20…150

8 Заполнитель для бетона, раствора, основания дорог; для силикатных изделий; в стекольной промышленности и др. Для керамических изделий, как пластифицирующая добавка в растворах

Для штучных камней в доВысокая морозо- рожном строительстве; для стойкость фундаментов, стен неотаплиздаБольшие колеба- ваемых ния в прочности и ний; ступеней; облицовки; для морозостойкости щебня

Продолжение табл. 2 1

2

3

4

5 Органогенные Белый, се2000…2600 рый, желтый (в зависимости от примесей)

6

7

15…150

Стоек против выветривания; при содержании более 3% глины становится влагоёмким и недостаточно морозостойким; водопоглощение 0,5…30%

ПлотКальцит, доный из- ломит, глинивестняк стые примеси

От мелкозернистой до крупнокристаллической

Пористый известняк и известнякракушечник Мраморовидный известняк Мергель

Кальцит, доломит,

Крупнозернистая, сложенная из раковин моллюсков

То же

900…1800

0,4…12

Кальцит, доломит,

Мелко-, среднезернистая

То же

2600…2800

60…180

Тесная природная смесь известняка с глиной (20…60%)

Землистая, плотная

Серый

2100…2700

8

Для плит стен зданий и облицовки; лестничные ступени и подоконники; щебень для бетона; сырье для производства извести, цемента Легко поддается Местный стераспиливанию; новой матерималая морозо- ал; плиты для стойкость; водопо- облицовки; глощение 6…40% щебень для легкого бетона Переходная поро- Облицовка; да от известняков для полов; лек мрамору стничных ступеней; подоконников Легко выветрива- Для производется; неводостоек, ства миненеморозостоек, ральных вяжупористость до щих (порт35% ландцемента, извести)

Продолжение табл. 2 1 Мел

2 Кальцит

Диатомит и трепел

Панцири диатомитовых водорослей, опал (до 75…96%), ил, глина Опал

Опока

Магнезит

Магнезит

3 Микрозернистая, землистая, из мелких частиц раковин простейших организмов Рыхлая или слабоцементированная

4 Белый

5

Белый

350…950

Раковистая, тонкопористая или плотная

Желтый с 1100…1800 серыми ли зеленоватыми оттенками Химические Серый, бе- 2200…2800 лый, желтый

Кристаллическая или аморфная

6

7 8 Малая твердость Для производ(1); пористость до ства извести, 40% цемента; для получения красок, замазок Большая пористость; химически активны; низкая теплопроводность

Активная минеральная добавка к вяжущим; теплоизоляционный материал Пористость Активная ми20…40%; низкая неральная доморозостойкость; бавка к вяжухрупкость; хими- щим ческая активность Получение вяжущего – каустического магнезита; для изготовления огнеупорных материалов

Окончание табл. 2 1 Доломит

2 Доломит

3 Плотная

4 Белый, желтый, буроватый (в зависимости от примесей)

5 2200…2800

6 50…200

Гипсовый камень

Гипс

Зернистокристаллическая, иногда волокнистая

Белый, желтый, серый, розовый (в зависимости от примесей)

2000…2300

Ангидрит

Ангидрит

То же

2100

70…80

Твердость 3,0…3,5

Известковый туф

Кальцит

Зернистокристаллическая Пористая и ноздреватая ячеистого строения

То же

1400…1800

5…80

Водопоглощение 13…14%; достаточная морозостойкость

7 По свойствам близки к плотным известнякам

Невысокая стойкость; твердость 1,5…2

8 Для получения щебня; для получения магнезиального вяжущего – каустического доломита; для получения огнеупорных материалов Для производства гипсовых вяжущих; как добавка при производстве портландцемента Для производства гипсовых вяжущих Для облицовки стен зданий, для производства минеральных вяжущих ( цемента, извести)

Таблица 3 Состав, строение, свойства и применение метаморфических горных пород Порода

Состав

Структура Кристаллическая, слацеватого сложения

Цвет

Гнейсы

Кварц, полевые шпаты, роговая обманка

Глинистые сланцы Мрамор

Глинистые Слоистая минералы, полевые шпаты, слюда, кварц Кальцит, Плотная доломит зернистокристаллическая

От темнодо светлосерого

Кварцит

Кварц

Плотная зернистокристаллическая

Серый, темно-серый, темнокрасный

Плотность, кг/м3

Прочность, МПа

2600…2900

100-250

2500…2700

90-200

Белый, серый, желтый, розовый, черный

2600…800

50-300

От белого до красного, темновишневого и др.

2600…2700

250-400

Другие свойства Анизотропность; сланцеватость понижает прочность вдоль слоёв; стойкость против выветривания; морозостойкость Легко раскалывается на тонкие, ровные пластинки; стоек против выветривания Пилится, шлифуется, полируется; водопоглощение 0,1…0,7%; относительно стоек при истирании Высокая твердость (7); стоек против выветривания; морозостоек

Применение Облицовка каналов и набережных, для фундаментов, тротуаров

Как кровельный материал – природный шифер Декоративные и облицовочные работы; внутренняя облицовка; плитки для полов; лестничные ступени, подоконники и т. п. Облицовочные камни; брусчатка, шашки для мощения дорог; бутового камня, щебня; огнеупорных (динасовых) изделий

ЛИТЕРАТУРА 1. Дорожно-строительные материалы: Учеб. для вузов/ И.М.Грушко, И.В.Королев, И.М. Борщ, Г.М. Мищенко. –М.: Транспорт, 1991. – 357 с. 2. Волков М.И. Дорожно-строительные материалы: Учебник / М.И. Волков, И.М. Борщ, И.В. Королев – М.: Транспорт, 1965. - 520 с. 3. Микульский В.Г. и др. Строительные материалы (Материаловедение. Строительные материалы): Учеб. издание. –М.: АСВ, 2004. – 536 с. 4. Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия: Учеб. - М.: Высш.шк., 2005. – 438 с. 5. Шейкин А.Е. Строительные материалы. – М.: Стройиздат, 1978. 6. Воробьев В.А., Комар А.Г. Строительные материалы. – М.: Стройиздат, 1976. 7. Комар А.Г. Строительные материалы. – М.: Высш. шк., 1988. 8. БСЭ. – М.: Изд-во «Советская энциклопедия,1971. 9. ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. Технические условия. 10. ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний. 11. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия. 12. ГОСТ 8269-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний.

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ……………………………… 1. ГЛАВНЫЕ ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ ……… 1.1. Свойства минералов …………………………………… 1.2. Группа кварца ………………………………………… 1.3. Группа алюмосиликатов ……………………………… 1.4. Группа железисто-магнезиальных силикатов ………. 1.5. Группа карбонатов ………………………………… 1.6. Группа сульфатов ……………………………………… 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ ……………………………………………. 2.1. Классификация и свойства горных пород ………….. 2.2. Магматические (изверженные) породы ……………… 2.3. Осадочные горные породы …………………………… 2.4. Метаморфические породы ……………………………. 3. ВИДЫ И МАРКИ ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ………………………………………………………………….. 3.1. Грубообработанные каменные материалы ………… 3.2. Штучный камень …………………………………………. 3.3. Профилированные изделия ……………………………. 4. ДОБЫЧА И ПЕРЕРАБОТКА ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ………………………………………………………. 5. ПРИМЕНЕНИЕ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ …………………………………………………………… 6. ЗАЩИТА КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ОТ ВЫВЕТРИВАНИЯ …………………………………………………………………… 7. РЫХЛЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ …………………………………………………………. 7.1. Песок ……………………………………………………….. 7.2. Щебень и гравий ………………………………………….. ПРИЛОЖЕНИЕ ……………………………………………………... ЛИТЕРАТУРА ………………………………………………………..

3 3 5 6 7 8 8 9 9 12 17 21 23 23 24 25 26 29 31 33 33 37 41 50

Редактор Н.П.Лапина Технический редактор Е.К.Евстратова Тем. план 2007 г., п. 42 Подписано в печать Формат 60х84/16 Печать офсетная Усл. печ. л. 3,3 Уч.-изд. л. 2,6 Тираж 400 экз. Заказ Цена 22 руб. Ротапринт МАДИ (ГТУ). 125319, Москва, Ленинградский просп., 64H