Естественные каменные материалы и неорганические вяжущие

Изучив материалы данного раздела, Вы сможете:

­ определять физические и технические свойства материалов;

­ уяснить основные механические свойства строительных материалов;

­ рассчитывать пределы прочности материалов и применять расчеты на практике;

­ использовать сравнительную эффективность в элементарных задачах прикладного типа;

­ узнать классификации горных пород,

­ получить общие сведения о горных породах и их применении в строительстве;

­ изучить основные виды естественных каменных материалов.

 

Тема 1. Основные свойства строительных материалов

1) Физические свойства строительных материалов

Средняя плотность. Характеристика для материалов в естественном состоянии (с порами).

 

ρ_m =m/v_{nat (}кг/м³_; кг/дц³_; г/см³)

 

Истинная плотность. Характеризует состояние материала, находящегося в абсолютно плотном состоянии.

 

ρ =m/v_{abs (}кг/м³_; кг/дц³_; г/см³)

 

Насыпная плотность. Плотность сыпучих материалов (песок, щебень, гравий).

 

ρ _s =m/v_{s (}кг/м³_; кг/дц³_; г/см³)

 

Между всеми плотностями существует зависимость. ρ> ρ_m > ρ _s

Из этой зависимости следуют свойства строительных материалов:

 

Пористость (n) – процентное содержание пор в материале.

 

n = [(1- ρ_m/ ρ ]*100%

 

Пустотность (n_ρ) – процентное содержание пустот между зернами сыпучего материала.

 

n_ρ = [(1- ρ_s/ ρ_m ]*100%

 

Другие физические свойства:

Влажность (водопоглощение, водонасыщение и т.д.)

 

W = (m_w - m_d/ m_d)*100%

 

m_w – масса влажного материала

m_d – масса сухого материала

Гидроскопичные материалы – материалы, способные сорбировать (втягивать) воду из окружающей среды и длительно ее удерживать.

Перенасыщенные влагой материалы теряют свои теплоизоляционные (холодоизоляционные) и прочностные характеристики. Прочностные характеристики водонасыщенных материалов сравниваются с прочностными характеристиками сухих материалов с использованием коэффициента водоразмягчения:

 

K_sof = R_w/R_d >0,6 R – прочность

 

Если величина > 0,6, то материал водоустойчив. Если этот коэффициент<0,6, то материал неводоустойчив.

 

Примеры средней плотности для различных материалов:

 

Сталь строительная ρ_{m = 7850 кг/м}³

Алюминий (дюралюминий) ρ_{m = 2700 кг/м}³

Гранит ρ_{m = 2650 кг/м}³

Железобетон ρ_{m = 2400 кг/м}³

Кирпич красно-керамический ρ_{m = 1450 кг/м}³

Кирпич серый силикатный ρ_{m = 1800 кг/м}³

Дуб черешчатый ρ_{m = 680 кг/м}³

Сосна обыкновенная ρ_{m = 500 кг/м}³

Минвата теплоизоляционная (стекловата) ρ_{m = 50 кг/м}³

Пенопласт теплоизоляционный (пенополистерон) ρ_{m = 40 кг/м}³

 

2) Технологические свойства строительных материалов

- характеризуют материал по степени и возможности его обработки.

Гвоздимость

Свариваемость (для металлов и полимерных материалов)

Удобоукладываемость – свойство, характеризующее поведение различных бетонов для их укладки опалубки.

Укрывистость – свойство, характеризующее поведение лакокрасочных материалов (новая краска скрывает старый наложенный слой или не скрывает).

3) Основные механические свойства строительных материалов

Механические свойства характеризуют способность материалов сопротивляться воздействию внешних сил. Все механические свойства, как правило, характеризуются пределами прочности. Предел прочности – способность материалов сопротивляться разрушению под воздействием внешних сил.

1. Предел прочности при сжатии:

 

R_c = F_max/A (кгс/см²)

 

F_max

F_max – максимальная разрушающая нагрузка в кг сил.

А – площадь поверхности в см², на площадь A которой действует разрушающая нагрузка F_max

 

2. Предел прочности при изгибе:

 

R_f = 3 F_max*l₀/2bh² (кгс/см²)

 

F_max

 

h

l₀ b

 

l₀ – расстояние между опорами (см)

h – высота сечение бруса

b – ширина сечения

- предел прочности при растяжении:

 

R_t = F_max / A (кгс/см²)

 

F_max F_max

 

 

A

 

3. Предел прочности при скалывании:

 

R_q = F_max / A (кгс/см²)

F_max

 

 

A -

 

4) Сравнительная эффективность строительных материалов

Все строительные материалы по их назначению перед применением обязательно сравниваются с гостовским значением этих материалов. Основной критерий для оценки – коэффициент конструктивного качества по видам использования материалов (изгиб, сжатие, растяжение, скалывание).

 

K = R_c / ρ_m

 

Чем больше коэффициент (ближе к 1), тем эффективнее материалы по прочности.

 

Тема 2. Естественные каменные материалы

 

1. Классификация горных пород

Естественные каменные материалы получают из горных пород путем их механической обработки (взрывы, дробление, раскалывание, пиление и т.д.)

Горная порода – природно-минеральная масса, состоящая из одного или нескольких минералов.

Минералы – природные соединения, имеющие постоянный химический состав и строго определенные физико-механические свойства.

 

Шкала твердости минералов

Тальк

Гипс

Кальций

Плавиковый шпат

Апатит

Полевой шпат

Кварц

Топаз

Корунд

Алмаз

 

Более твердый материал по шкале оставляет след (прочерчивает черту) на более мягком минерале. А наоборот никогда.

 

Группы горных пород

Изверженные (первичные)

- образуются из расплавленной магмы

- глубинные (интрузивные)

- эффузивные (слившиеся)

- гранит (ρ = 2650 кг/м³; ρ = 100-200 МПа)

 

Осадочные (вторичные)

- образуются в результате механических, химических и других изменений изверженных пород и в результате донных осадков

- известняк плотный (ρ = 1800-2000 кг/м³ ; R_c = 15-100 МПа)

- известняк пористый (ракушичий) (ρ = 900-1800 кг/м³; R_c = 0,4-12 МПа) г. Пушкин Камеронова гора

 

Метаморфические (видоизмененные)

- образуются из изверженных и осадочных пород путем кристаллизации при высоких давлениях и температурах

- мрамор (ρ = 2600-2800 кг/м³; R_c = 60-300 МПа) хорошо полируется

 

2. Основные виды естественных каменных материалов

Все:

Необработанные

Грубо-обработанные

Обработанные

 

Шкала необработанных песков, обработанного щебня и гравия в зависимости от диаметра зерна

0-0,16 – пыль

0,16-1,5 – очень мелкий песок

1,5-2 – мелкий песок

2-2,5 – средний песок

2,5-5 – крупный песок

5-10 – I фракция

10-20 - II фракция

20-40 – III фракция

 

Эти пески, щебень, гравий применяются для изготовления растворов и бетонов.

Пески – необработанные горные породы, материалы. Они бывают:

Морской

Озерный

Речной

Карьерный

Для изготовления растворов и бетонов в основном применяют пески от 1,5 до 2,5 мм. Крупные пески от 2,5 до 5 мм применяют для устройства дренажных оснований и дорожного строительства.

Грубо-обработанные (щебень, гравий)

- фракции I, II, III

- получают методом взрыва горных гранитных пород. Затем куски гранита разламывают на камнедробильных установках на более мелкие фракции.

 

Щебень Гравий

 

Обработанные горные породы

- пиленные, шлифованные плиты, блоки и т.д.