Рыхлые каменные материалы. Каменное литье: состав, получение, свойства,применение

К рыхлым каменным материалам относят: валуны, гравий, песок, дресву и др. Рыхлые обломочные породы получаются в результате разрушительной деятельности ледников, воды и температуры.Природой отложения сортируются на гравий, песок, глину, но часто встречаются отложения и в смешанном виде гравия, песка и глины.

Камнелитные изделия (бруски, плиты, трубы, желоба и др.) получают путем расплавления предварительно подготовленной шихты из горных пород и соответствующих добавок к ним, отливки расплава в формы, кристаллизации изделия, отжига и охлаждения его. Изделия из каменного литья находят широкое применение для футеровки бункеров, течек, корпуса флотационных машин и т. д. Плитки из каменного литья с успехом заменяют металл, их используют для полов в цехах с агрессивными средами, при устройстве полов, в дорожном строительстве. Изделия из каменного литья применяются на химических заводах в качестве футеровки травильных ванн и отстойников. Основные минералы, входящие в состав каменного литья,— пироксены, плагиоклазы, оливин, магнетит и др. Изделия из базальта обладают необычайными теплоизоляционными и огнеупорными свойствами, что позволяет использовать их в жилых и нежилых помещениях практически неограниченное время. Для каменного литья характерна очень высокая и универсальная химическая стойкость. Литые каменные изделия используют для облицовки конструкций, подвергающихся: многократному замораживанию-оттаиванию, интенсивному истиранию, воздействию химически агрессивных веществ и т.п. Поэтому основными видами литых каменных изделий являются облицовочные плитки, брусчатка для мощения дорог, мелющие тела и облицовка для мельниц, труб

 

Виды каменных изделий из горных пород.

Все каменные материалы, используемые в строительстве, можно разделить на две основные группы - материалы, применяемые в исходном виде (без обработки), и материалы, пригодные для строительных целей лишь после соответствующей обработки.

Бутовый камень - крупные куски неправильной формы, получаемые взрывным методом (рваный бут) низ осадочных (известняков и доломитов) или изверженных горных пород. Размеры бутовых камней для укладки вручную составляют 150...500 мм, масса- 10...30 кг.

Бутовый камень - дешевый строительный материал, применяемый для кладки фундаментов, стен вспомогательных помещений, массивных частей гидротехнических сооружений. Однако из-за трудоемкости кладки большую часть добываемого камня перерабатывают на щебень для бетона.

Валунный камень - крупные обломки (более 300 мм) горных пород ледникового происхождения, характеризующиеся окатанной, часто сильно выветрившейся поверхностью. Используют его для получения булыжного камня и щебня.

Булыжный камень - куски горной породы размером до 300 мм. Применяют его для покрытия мостовых, дворов и откосов, для каменной наброски при строительстве дамб. Крупный булыжный камень можно применять как бут, мелкий камень перерабатывают на щебень. Качество бута определяется путем нанесения ударов по нему молотком. Если камень издает чистый звук и не рассыпается - он годен для строительства.

Гравий - рыхлое скопление различно окатанных обломков горных пород. В зависимости от линейного размера зерен гравий подразделяют на фракции: 5... 10, 10...20, 20...40 и 40...70 мм. Гравий чаще всего добывают вместе с песком при разработке песчано-гравийных месторождений и реже - со дна рек, озер и морей. Массовая доля гравия в песчано-гравийных смесях составляет в среднем 30...40 %.

При разработке месторождений добытая песчано-гравийная смесь подвергается сортировке с отделением песка и разделением гравия по крупности зерен на предусмотренные стандартом фракции. Гравий используют в качестве крупного заполнителя в цементных (до М300) и асфальтовых бетонах для дорожных покрытий.

Песок - рыхлая горная порода, состоящая из зерен минералов и пород размером 0,16...5 мм. В зависимости от минералогического состава различают пески кварцевые, полевошпатные и карбонатные. Природный песок добывают в песчаных и гравийно-песчаных карьерах. Последние бывают горные или водные. При отсутствии качественных природных песков используют песок из отсевов дробления скальных горных пород.

Песок как строительный материал широко применяют в строительстве в качестве мелкого заполнителя в бетонах и растворах. От качества песка как заполнителя зависит прочность многих строительных материалов.

Кварцевые пески - основное сырье для стекольной промышленности.

Щебень представляет смесь угловатых обломков камня различной конфигурации размером 5... 150 мм. По форме зерен щебень подразделяется на три группы: обычный, в котором допускается содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой форм до 35 % по массе, улучшенный - не более 25 %, кубовидный - не более 15 %.

Прочность щебня характеризуется маркой, соответствующей пределу прочности при сжатии исходной горной породы в насыщенном водой состоянии и определяемой косвенно по показателю дробимости щебня при сжатии (раздавливании) в цилиндре.

Щебень из изверженных горных пород, применяемый в качестве заполнителя для тяжелого бетона, должен иметь марку, соответствующую пределу прочности породы не ниже 80 МПа, из метаморфических пород - не ниже 60 МПа, из осадочных пород - не ниже 30 МПа.

Получают щебень дроблением камня в дробилках разных конструкций (щековых, конусных), а мелкий щебень (с размером кусков менее 25 мм) - на молотковых или валковых дробилках.

Щебень широко применяют в строительстве для приготовления цементобетонных и асфальтобетонных смесей, оснований для дорожных покрытий и др.

Стеновые камни и блоки получают из пористых известняков, вулканических туфов и других горных пород плотностью 900...2200 кг/м3. Марки камней и блоков в зависимости от пористости горной породы могут быть от 4 до 50. Для лицевой кладки без штукатурки марка камня должна быть не ниже 25. Водопоглощение камней допускается не более 30 %; коэффициент размягчения - 0,6; марка по морозостойкости - F15.

Основные размеры камней для кладки стен: 390x190x188 и 390x190x288 мм. Каждый стеновой камень заменяет 8... 12 кирпичей. Значительно эффективнее использование крупных стеновых блоков размером до 3000x1000x500 мм и массой до 1,5 т.

Пиленые стеновые камни и блоки - эффективный местный строительный материал. Жилые и общественные здания, возведенные из стеновых камней и блоков, значительно дешевле зданий, построенных из кирпича или бетонных блоков.

Облицовочные плиты. Для наружной отделки используют в основном глубинные изверженные породы (граниты, сиениты, габбро), а также плотные известняки, доломиты, мраморы и вулканический туф.

Облицовочные плиты для наружной облицовки выпускают толщиной 8...30 мм, шириной 150... 1200 мм, длина может быть произвольной, но не менее ширины, обычно 1000... 1500 мм (ГОСТ 9480-89). Пиленые плиты для внутренней облицовки изготовляют толщиной 10...12 мм, шириной 400 мм, длиной 800 мм; используют мрамор, пористые известняки и другие породы.

Плиты декоративные на основе природного камня получают из природного камня (щебень или обрезки плит) и неорганических или полимерных связующих. Их изготовляют с мозаичной, брекчиевидной или орнаментной поверхностью. Имеют прямоугольную форму длиной от 200 до 1500 мм, шириной - от 200 до 1200 мм и толщиной - 10...40 мм. Применяют для наружной и внутренней облицовки зданий и сооружений.

 

Причины разрушения природных каменных материалов. Назовите способы повышения долговечности изделий из природного камня. В чем сущность химических способов повышения долговечности каменных конструкций?

Непременным условием длительной службы каменных материалов в сооружениях является правильный их выбор с учетом эксплуатационной среды, минерального состава и структуры материала. Однако даже самые прочные породы при постоян­ном химическом воздействии атмосферных факторов и различ­ных микроорганизмов разрушаются, т.е. происходит процесс выветривания. Основные причины выветривания природных каменных материалов в сооружениях: замерзание воды в порах и трещинах, вызывающее внутренние напряжения; чередующиеся изменения температуры и влажности, вызывающие появление микротрещин; растворяющее действие воды. Активное влияниена разрушениеприродного камня оказывает химическая коррозия под действием газов (О₂, СО₂, SО₃ и др.), содержащихся в атмосфере, растворенных в грунтовой или морской воде. Различные микроорганизмы и растения (мхи, лишайники), поселяясь впорахи трещинах камня, извлекают для своего питания щелочныесоли, выделяя при этом органические кислоты, которые, взаимодействуя с некоторыми составляющими компонентами камня, вызывают его разрушение. Такой вид коррозии называется биологическим разрушением.

Стойкость материалов против выветривания тем выше, чем меньше ихпористость и растворимость. Поэтому все мероприятия по защите каменных материалов от выветривания направлены на предохранение их от воздействия воды и на повышение поверхностной плотности. Эти меры могут быть конструктивными и химическими.

Конструктивно защиту от увлажнения осуществляют путем устройства надлежащих стоков воды, придания изделиям гладкой поверхности и такой формы, при которых вода, попадающая на них, незадерживается и не проникает внутрь материала.

Физико-химические методы защиты природного камня сводятся к гидрофобизации его поверхности кремнийорганическими жидкостями: уплотнению поверхностного слоя камня путем его пропитки мономером с последующей полимеризацией в порах при термокаталитической или радиационной обработке.

Для защиты карбонатных пород наиболее эффективным методом является флюатирование. В результате взаимодействия с поверхностным слоем камня происходит следующая реакция:

2СаС0₃ + MgSi F₆ = 2 CaF₂ + Si0₂ + 2C0₂ + MgF₂.

Получающиеся новообразования практически не растворимы в воде. Они отлагаются в порах, уменьшая пористость и смачивае­мость поверхности, скорость капиллярного подсоса воды, кроме того, препятствуют загрязнению облицовки пылью.

34. Керамические материалы и изделия. Классификация (с примерами).перспективы развития строительной керамики.

Керамическими называют материалы и изделия, получаемые из порошкообразных веществ различными способами и подвергаемые в технологический период обязательной термической обработке при высоких температурах для упрочнения и получения камневидного состояния. Такая обработка носит название обжига. Среди сырьевых порошкообразных материалов -- глина, которая имеет преимущественное применение при производстве строительной керамики. Она большей частью содержит примеси, влияющие на ее цвет и термические свойства. Наименьшее количество примесей содержит глина с высоким содержанием минерала каолинита и потому называемая каолином, имеющая практически белый цвет. Кроме каолинитовых глин разных цветов и оттенков применяют монтмориллонитовые, гидрослюдистые. Кроме глины к применяемым порошкообразным материалам, являющимися главными компонентами керамических изделий, относятся также некоторые другие минеральные вещества природного происхождения -- кварциты, магнезиты, хромистые железняки. Для технической керамики (чаще именуемой специальной) используют искусственно получаемые специальной очисткой порошки в виде чистых оксидов, например оксиды алюминия, магния, кальция, диоксиды циркония, тория и др. Они позволяют получать изделия с высокими температурами плавления {до 2500... 3000В°С и выше), что имеет важное значение в реактивной технике, радиотехнической керамике. Материалы высшей огнеупорности изготовляют на основе карбидов, нитридов, боридов, силицидов, сульфидов и других соединений металлов как безглинистых сырьевых веществ. Некоторые из них имеют температуры плавления до 3500... 4000В°С, особенно из группы карбидов.

Классификация: По структуре различают керамические изделия с пористым черепком, имеющим водопоглощение более 5 %, и со спекшимся черепком, водопоглощение менее 5 %. по однородности и зернистости керамического черепка различают изделия грубой (кирпич), имеющей на изломе зернистое строение – макронеоднородное, и тонкой (сантехника) керамики. По конструктивному назначению керамические изделия делят на художественно-бытовые (посуда, изделия бытового и художественного назначения, сувенирные изделия и др.), стеновые (кирпич, камни, блоки, панели), кровельные (черепица), облицовочные (плитка), керамические трубы и др. По способу производства различают изделия пластического формования, полусухого прессования и литьевые.

Перспективы развития: Некоторые виды керамических материалов досего времени являются незаменимыми и наиболее распространенными в строительстве. Так, несмотря на гигантское развитие в последний период стеновых материалов, особенно железобетонных, выпуск глиняного кирпича составляет очень большую долю в производстве всех стеновых материалов. Керамические облицовочные плитки, несмотря на развитие производства облицовочных плиток на основе полимеров, все еще остаются основным материалом для отделки санитарных узлов и других помещений с режимом повышенной влажности, химической агрессивности и высоких гигиенических требований. Для облицовки зданий керамические материалы также не потеряли своего значения, хотя появилось много новых видов облицовочных материалов. Особенно велик рост выпуска таких керамических материалов, как керамзит. Штучный не индустриальный кирпич пока остается основным стеновым материалом, составляя половину всех стеновых материалов, применяемых в настоящее время.