Облицовочные каменные материалы

Естественные каменные материалы (породы) по своему происхождению могут быть разделены на изверженные (магматические), вылившиеся много миллионов лет назад в расплавленном виде на земную поверхность и в глубине земной коры; осадочные, образовавшиеся путем осаждения древних мелких частиц (обломки, химические осадки, окаменевшие микроорганизмы), и метаморфические (видоизмененные), т.е. вторично изменившиеся, перекристаллизовавшиеся магматические и осадочные породы. В строительстве используются в качестве каменных материалов все виды этих пород.

Назовем основные из них.

Гранит (магматическая изверженная глубинная порода) отличается своими исключительными строительными и декоративными качествами. Прочность при сжатии — 120—250 МПа, объемная масса — 2600—2700 кг/м3. Ввиду того что природный камень не имеет определенных форм и размеров, из него выпиливают или вытесывают блоки, плиты-куски определенной величины и формы. Гранит используют в основном на облицовку цоколей и других наружных и внутренних частей здания.

Габбро (магматическая глубинная порода) содержит синевато-темные кристаллы и другие минералы. Прочность — 250—500 МПа, объемная масса — 2900—3000 кг/м3. Применяется в особо ценных облицовках.

Базальт (магматическая, излившаяся плотная порода) обладает высокой твердостью. Прочность — 100—500 МПа, объемная масса — 3000—3300 кг/м3. Этот материал трудно обрабатывается для стандартных облицовочных блоков, поэтому применяется как дорожный материал (брусчатка) и в качестве щебня для высокопрочных бетонов.

Туф (магматическая излившаяся пористая порода) морозостоек, обладает малой теплопроводностью, декоративен. Прочность — 5—20 МПа, объемная масса — 700—1400 кг/м3. Применяется в виде пиленых камней для облицовки фасадов зданий.

Известняк (осадочная горная порода) состоит в основном из карбоната кальция СаС03, образовался главным образом из остатков древних организмов. Прочность — 10—100 МПа, объемная масса — 1800—2600 кг/м3. Уникальный строительный материал, поддающийся декоративной обработке, обладающий высокой морозостойкостью и долговечностью при резких изменениях атмосферных условий. Применяется как облицовочный (белый) камень наружных стен, цоколей зданий.

Мрамор (метаморфическая порода) обладает высокими декоративными свойствами (цвет, тон, палитра красок), легко поддается обработке и полировке. Обладает невысокой морозостойкостью. Прочность — 100—300 МПа, объемная масса — 2000—2500 кг/м3. Широко применяется в отделке внутренних стен, полов зданий и сооружений.

Искусственные облицовочные каменные материалы изготавливают из глинистых и кремнеземистых пород путем обжига до спекания с получением продукта — керамический кирпич. Реже в качестве облицовочных каменных (тем более декоративных) материалов используют продукт прессования, прошедший термообработку в автоклавах — силикатный кирпич.

Кирпич керамический (ГОСТ 530—80) должен удовлетворять следующим требованиям:

пустотелый кирпич — эффективен по теплопроводности и морозостойкости; прочность — не менее 7,5—10 МПа;

полнотелый керамический кирпич — имеет марку по прочности не менее 100 (10 МПа), морозостойкость — не менее 25 циклов замораживания — оттаивания.

К глазурованным поверхностям кирпича предъявляются дополнительные требования.

Вяжущие материалы

Вяжущие материалы (минеральные вяжущие вещества) — это порошкообразные вещества, которые после затворения водой способны переходить из вязкого (тестообразного) состояния в камне-видное. Богатство минеральных сырьевых ресурсов нашей страны, относительно несложная технология получения и высокие строительно-технические свойства минеральных вяжущих обеспечивают им неограниченное применение при отделочных работах для приготовления штукатурных растворов и других видов работ.

В зависимости от способности твердеть на воздухе и в воде вяжущие материалы разделяют на две группы: воздушные и гидравлические. Если вяжущее вещество может твердеть, долго сохранять свою прочность или же повышать ее только на воздухе, то его называют вяжущим воздушного твердения. Вяжущее вещество, способное твердеть, сохранять и повышать свою прочность не только на воздухе, но еще лучше в воде или во влажных условиях, называют вяжущим гидравлического твердения.

Глина — самый дешевый и наиболее распространенный вяжущий материал. Объемная масса — 1500—1700 кг/м3. Глина образовалась в результате выветривания горных пород. В зависимости от примесей глины делят на жирные, средние и тощие. Чем меньше примесей, тем она жирнее. Основной минералогический состав — А12Оз28Ю22Н20 — каолинит. Глину применяют для приготовления чистых глиняных растворов и как добавку в цементные растворы для лучшей пластичности и удобоукладываемости. Если глина сильно загрязнена, ее процеживают и отмучивают. При этом крупные частицы оседают в процессе перемешивания глины с водой, воду сливают, а сметанообразную массу (глиняное тесто) используют при строительных работах.

Известь строительная бывает нескольких сортов:

известь негашеная молотая;

известковое тесто;

известь гидратная (пушонка).

Исходным материалом для перечисленных сортов извести является кусковая негашеная известь (СаО), которая образуется в результате термической обработки известняковых пород (СаС03):

СаС03 4 СаО + С02.

При помоле СаО в тонкий порошок получается молотая негашеная известь. При гашении кусковой извести избытком воды, получают известковое тесто, а при гашении комовой извести ограниченным количеством воды получают гидратную известь в виде тонкого белого порошка (известь-пушонка).

Процесс гашения извести имеет экзотермический характер, т. е. выделяется тепло:

СаО + Н20 = Са(ОН)2 + 65 Дж.

Эта реакция происходит очень бурно. Отсюда название — кипелка.

Термин «пушонка» возник в связи с тем, что очень пористый комок извести под воздействием определенного количества воды рассыпается в тонкий порошок. Отделившийся от раствора гидрат окиси кальция Са(ОН)2 обволакивает частицы негашеной извести, и процесс гашения приостанавливается. Поэтому для полного гашения извести необходимо непрерывное перемешивание. Находящийся в штукатурном слое Са(ОН)2 реагирует с углекислым газом С02 окружающего воздуха:

Са(ОН)2+С02 + гсН20 = СаС03+ (п + 1)Н20.

Процесс образования карбоната кальция (СаС03) происходит только на воздухе, протекает медленно и сопровождается выделением воды. Таким образом, в результате ряда химических и технологических превращений вновь образуется известняк СаС03 в виде слоя штукатурки заданной формы и фактуры.

Строительный гипс. Природным сырьем для получения строительного гипса является сернокислый известняк CaS04- 2H20. Гипсовый камень (сернокислый известняк) при нагревании дегидратируется. Он легко выделяет воду и не требует большого количества тепла, как для получения извести. При нагревании до температуры 800 “С получается кальцинированный гипс CaSO4-0,5H2O, который быстро схватывается. Процесс схватывания (твердения) определяется тем, что затворяемое вещество обладает большей растворимостью нежели продукт, образующийся в результате взаимодействия вяжущего и воды. Поэтому в раствор переходит новое количество полуводного гипса, снова образуется пересыщенный раствор, из которого выделяются кристаллы гипса:

CaS04- 0,5Н2О + 1,5Н20 = CaS04- 2H20.

Процесс набора прочности вяжущих представляет собой следующую последовательность: растворение — гидратация — кол-лоидация — кристаллизация.

Вяжущие гидравлического твердения (цементы) — продукт тонкого помола предварительно обожженного природного сырья — мергель либо смеси известняка и глины в соотношении 1:3. Обладают способностью после затворения водой под влиянием физико-химических процессов переходить из тестообразного состояния в очень прочное камневидное.

Основным вяжущим гидравлического твердения является портландцемент. Это вяжущее имеет сложную полиминеральную структуру, состоящую в основном из соединений четырех окислов:

CaO-Si02-Al203-Fe203.

Образовавшийся после обжига при температуре 1450 “С материал носит название клинкер. Клинкер после обжига выдерживают на специальных складах в течение двух-трех недель для погашения свободной извести СаО и затем перемалывают на специальных шаровых мельницах. Полученный таким образом тонкий порошок зеленого цвета с объемной массой 1200—1400 кг/м3 является портландцементом. Прочность (марку) портландцемента определяют сжатием до разрушения образца-кубика стандартного приготовления через 28 сут. с момента изготовления образца в килограммах на квадратный сантиметр (кг/см2) или в мегапаска-лях (МПа). Марки портландцемента: 200 (20 МПа); 300 (30 МПа); 400 (40 МПа); 500 (50 МПа); 600 (60 МПа); 700 (70 МПа). Для штукатурных работ применяются цементы низких марок.

Пуццолановый портландцемент получается путем совместного тонкого измельчения портландцементного клинкера, гипса и активных минеральных добавок (трепела, пемзы, туфа, трасса, пуццоланы). Пуццолановый портландцемент имеет марки 200, 250, 300, 400, 500. Кроме указанных выпускают цементы: шлакопорт-ландцемент, цветные, расширяющийся, гидрофобный, кислотостойкий и др.

Заполнители и другие материалы

Заполнители являются составной частью штукатурных растворов, которые состоят из вяжущего, заполнителя, воды затворе-ния, добавок. К заполнителям относятся: песок, щебень, гравий и другие материалы.

Песок бывает горный, речной, морской, озерный. Объемная масса — 1500—1700 кг/м3. Горный песок — мелкозернистый, содержит много глинистых примесей, песчинки его угловатой формы. Речной песок состоит из песчинок округлой формы, имеет мало < примесей, иногда — примеси ила. Морской песок по форме соответствует речному песку, но содержит примеси сернокислых и других солей и поэтому требует тщательной промывки. Крупность песка определяют стандартом по ГОСТу рассевом на стандартной системе сит. Показателем крупности является модуль крупности (размеры зерен, процентное содержание стандартных фракций). Размеры зерен от 0,14 до 2,5 мм. Зерна размером менее 0,14 мм называются пылеватые частицы, более 2,5 мм — крупный заполнитель (гравий, щебень). Для штукатурных работ лучшим считается песок остроугольной формы средней и мелкой крупности.

Гравий для штукатурных работ — природный недробленый, окатанной формы каменный материал с размером зерна от 2,5 до 20 мм.

Щебень — природный дробленый каменный материал остроугольной рваной формы размером 2,5—20 мм.

Вышеперечисленные заполнители относятся к тяжелым, которые тонут в воде. Объемная масса таких заполнителей — более 1000 кг/м3. К легким заполнителям относятся каменные материалы, объемная масса которых составляет менее 1000 кг/м3: шлак, пемза, туф и др.

Шлак — продукт сжигания каменного угля в виде спекшихся, рваной формы кусков объемной массой 700—900 кг/м3. В состав шлака входит сера, которая разрушает вяжущее. Для удаления серы шлак выдерживают на открытом воздухе 2—3 мес. Для получения шлакового песка шлак размалывают на мельницах и просеивают. Шлаковые пески применяют как звуко- и теплоизоляционный материалы, для оштукатуривания перегородок и наружных поверхностей фасадов зданий.

Пемза — пористая вулканическая порода, обладающая малой объемной массой — до 600 кг/м3.

Древесный уголь добавляют в штукатурный раствор при толстых наметах для облегчения веса штукатурки.

Декоративные заполнители вводят в штукатурки для придания им блеска, цветных вкраплений. К таким заполнителям относятся мелкая слюда, антрацит, кварц, битое стекло. Размер зерен — не более 10—15 мм.

Мраморная крошка разных цветов получается дроблением мрамора, гранита, известняка. По крупности зерен крошка бывает от 0,3 до 5 мм.

В тех штукатурках, которые обрабатывают ударными инструментами или оттирают абразивами (брусками или кругами), рекомендуется применять мраморную крошку, которая в процессе ударной обработки приобретает блеск. Кроме того, такая крошка в 2,5—3 раза легче обрабатывается, чем гранитная. В штукатурках, обрабатываемых циклеванием или травлением кислотой, используют крошку любых пород. Для цветных штукатурок лучше использовать цветные крошки и цементы, чем окрашивать растворы пигментами. Применение пигмента в большом количестве снижает прочность цемента. Кроме того, многие пигменты могут изменять свой цвет от действия щелочей, света и других факторов.

Гравий и щебень из разных каменных пород используют для создания наборной фактуры.

Пигменты (сухие краски) применяют для окрашивания смесей или растворов в различные цвета. Пигменты должны быть щелочестойкими, светостойкими, с хорошей красящей способностью, не ядовиты. Перед применением пигменты проверяют в лаборатории. Часто используют охру, железный сурик, двуокись марганца, графит, мумию, умбру, сажу и их смеси. Для осветления и окрашивания цементов и растворов, а также повышения пластичности раствора применяют тонкомолотые муку или пудру Из белых и цветных каменных пород. Муку нужно просеивать через сито с ячейками размером 0,15 мм. Она должна содержать не менее 65 % частиц, проходящих через сито с 4900 отверстий/см2.

Соляная кислота (техническая) 5—10%-ной концентрации служит для травления штукатурок, выполненных на цементе.

Штукатурные растворы

При отделке поверхностей интерьеров, фасадов зданий и сооружений используют различные штукатурные растворы, которые состоят из смеси одного или двух вяжущих материалов, заполнителей, добавок, пигментов и воды. Затвердевая, растворы превращаются в твердую камневидную массу.

Качество раствора определяют несколько показателей. Свежеприготовленные растворы должны быть удобоукладываемы, иметь хорошую подвижность, пластичность и водоудерживающую способность, хорошую прилипаемость (адгезию) к поверхности, должны быстро твердеть, иметь нужную густоту, не давать большой усадки, не растрескиваться.

Растворы, применяемые в штукатурных работах, бывают различной подвижности, что в основном зависит от того, для какого штукатурного слоя они используются.

Удобоукладываемость — способность раствора легко наноситься и распределяться по поверхности, хорошо заполняя при этом все неровности. Эти свойства присущи жирным пластичным растворам (глиняным, известковым, смешанным). Жесткие цементные растворы не обладают такими свойствами.

Водоудерживающая способность — это свойство раствора, нанесенного на пористое основание, медленно отдавать воду.

Пластичность — свойство раствора принимать и сохранять форму, приданную ему с помощью инструмента.

Для получения удобоукладываемого пластичного раствора необходимо, чтобы все пустоты между зернами заполнителя (песка) были раздвинуты тестом из вяжущего с некоторым избытком. Пустоты между песчинками занимают в среднем 35 % всего объема песка. Вяжущего для приготовления раствора должно быть на 10—20 % больше, чем пустот. Практика показывает, что если смешать четыре части крупнозернистого и одну часть мелкозернистого заполнителей, то получится состав с наименьшим количеством пустот. Получается оптимальная (компактная) упаковка вяжущего и песка, причем вяжущее заполняет пустоты между песчинками. Для получения раствора хорошего качества следует правильно й рассчитать подбор его состава.

Жидкие растворы применяют для обрызга, полужидкие — ддя§ накрывки, полугустые — для грунта и густые — для толстых наметов штукатурки. Увеличивая количество воды в растворе, переходят от густых к жидким растворам.

Увеличивая в растворе вяжущее, повышают его пластичность и удобоукладываемость.

Растворы для подготовительных слоев штукатурки подразделяют на известковые, известково-гипсовые, цементно-известковые, цементные. Известковые растворы состоят из известкового теста и песка. Количество песка зависит от качества применяемой извести. Составы растворов: 1:1; 1:1,5; 1:2; 1:2,5; 1:3; 1:3,5 и 1:4 (известковое тесто:песок). Растворы с избытком извести растрескиваются. Растворы с избытком песка не растрескиваются, но имеют пониженную прочность. Прочность раствора характеризуется маркой. Марка раствора характеризуется пределом прочности при сжатии (МПа) стандартных образцов — кубов с ребрами размером 70,7 мм, которые получают из рабочей растворной смеси и испытывают после 28-суточного твердения. Известковые растворы изготовляют марок 4 и 10.

Известково-гипсовые растворы состоят из известкового раствора с добавлением гипса (на 1 объемную часть известкового раствора берут от 0,25 до 1 объемной части гипса).

Цементно-известковые растворы состоят из цемента, известкового теста и песка. Составы растворов: 1:1:6; 1:1:9; 1:1:11; 1:2:8; 1:3:12 и 1:3:15 (цемент: известковое тесто:песок). Цементные растворы состоят из цемента, песка и воды. Составы растворов: 1:1; 1:2; 1:3; 1:4; 1:5 и 1:6 (цемент:песок).

Состав раствора для подготовительных слоев подбирают в лаборатории, так как его прочность играет большую роль при обработке нанесенной декоративной накрывки. Если декоративную штукатурку предполагается обрабатывать ударными инструментами (бучардой, троянкой), подготовительный слой должен быть прочнее накрывки. В противном случае от ударов инструмента подготовительный слой будет отходить, отваливаться от поверхности, а зерна крошки будут вминаться в него. Для обработки декоративной штукатурки циклями, терками и другими неударными инструментами подготовительный слой может быть равен по прочности накрывочному. Эти растворы должны быть такими, чтобы выполненное из них основание было прочным, одинаково пористым и обеспечивало прочное сцепление наносимого декоративного слоя. Для того чтобы обеспечить необходимую прочность подготовительных слоев, составные части раствора подбирают в зависимости от применяемой марки вяжущего (табл. 3.1).

Если накрывочный слой будет тонким, то подготовительный слой во избежание просвечивания делают цветным, применяя пигменты того же цвета, которым окрашивают декоративный раствор. Приготовленный штукатурный раствор должен обладать УДобоукладываемостью, т. е. он должен расстилаться под воздействием инструмента тонким плотным слоем, заполнять все неровности и хорошо примыкать к основанию. Удобоукладываемость характеризуется подвижностью раствора.

Материалы для декоративных слоев штукатурки приготовляют в виде сухих смесей. Обычно сухие смеси готовят на растворных заводах, где материалы проверяют в лаборатории, отвешивают в определенных соотношениях и перемешивают. На объекте сухие смеси затворяют водой или известковым молоком. Смесь сухих материалов можно хранить несколько дней в закрытых складах или ларях, предохраняя их от влаги. Иногда сухие смеси приготавливают на рабочих местах. Целесообразно в смесях применять песок или крошку различной крупности. Это дает возможность получить более плотный раствор и снизить расход вяжущих. Для окрашивания растворов используют сухие краски или пигменты в количестве не более 15% массы вяжущих.