Природные каменные материалы

Природный камень является наиболее простым и доступным строительным материалом. Его добычу и обработку производит на протяжение многих веков. Он используется в качестве заполнителя в бетоне и железобетоне, для кладки и облицовки многочисленных инженерных, гидротехнических и санитарно-технических сооружений, дорожного строительства, в качестве фильтрующих материалов при выполнении дренажных, канализационных и водопроводных работ и т. п.

Природный камень перерабатывают на неорганические вяжущие вещества, из него получают минеральную вату, керамику и многие другие строительные материалы. Разведке и разработке каменных, гравийных, песчаных месторождений, повышению производительности труда в карьерах за счет максимального внедрения механизации уделяется большое внимание, особенно в отношении правильной организации и комплексной механизации карьерного хозяйства. Стоимость камня продолжает оставаться пока высокой. Щебень и песок в ряде случаев поступают из карьеров загрязненьми, не разделенными на отдельные фракции, что приводит к повышению расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных деталей и конструкций.

При изучении этого раздела предварительно следует ознакомиться с породообразующими минералами, их химическим составом, от которого зависят свойства горных пород. Минералы различают по твердости, спайности, плавкости, цвету, плотности. Эти основные физические свойства следует учитывать при описании отдельных минералов в процессе изучения (с конспектированием).

Минералы делят по химическому составу на восемь классов: силикаты, оксиды, карбонаты, сульфаты, фосфаты, галоиды, сульфиды и самородные элементы. Для более подробного изучения необходимо выделить: в классе силикатов - полевые шпаты, плагиоклазы, нефелин, роговую обманку, авгит, слюды (биотит, мусковит) и гидрослюды (вермикулит), тальк, асбест, каолинит и монтмориллонит. В классе оксидов - кварц, опал, магнетит, гематит и лимонит. В классе карбонатов - кальцит, магнезит, доломит и натрит. В классе сульфатов - ангидрит, гипс, барит, мирабилит. В классе сульфидов - киноварь, пирит, цинковую обманку (сфалерит) и свинцовый блеск (галенит). В классе фосфатов – апатит. В классе галоидов - галит, флюорит, а в классе самородных элементов - серу и графит. Для лучшего усвоения материала по природным камням. Изучая основные образцы каждого класса, следует выписывать в тетрадь их химический состав, свойства и породы, в которых встречаются данные минералы.

Изучение минералов рекомендуется проводить в геологическом кабинете института или по коллекциям образцов минералов и горных пород, имеющихся на кафедре (в лаборатории). После изучения минералов можно перейти к рассмотрению горных пород, применяемых в строительстве.

Горные породы возникали в земной коре под влиянием определенных геологических процессов, что нашло отражение в их структуре и свойствах. Поэтому, рассматривая породу, необходимо четко выяснить ее происхождение (генезис). По генезису все горные породы подразделяются на три типа: магматические, осадочные и метаморфические. После выяснения сущности соответствующих им генетических процессов образования (кратко) необходимо перейти к рассмотрению образцов пород каждого типа.

Магматические породы (первичные) делятся на глубинные и излившиеся. Из глубинных пород изучают гранит, сиенит, диорит и габбро, а из излившихся - порфиры, диабазы и базальты, а также высокопористые вулканические породы - пемзы и туфы. При этом различие свойств у глубинных и излившихся пород следует сопоставлять с неодинаковыми условиями их образования.

Осадочные (вторичные) породы подразделяют на механические осадки (рыхлые и сцементированные), химические и органогенного происхождения. Изучают различные виды этих пород: из рыхлых - валунный камень, дресву и щебень, гравий и песок, глину, а из сцементированных - песчаники, конгломераты и брекчии. Из пород химического происхождения изучают - известняки, магнезиты, гипс и ангидрит; из пород органогенного происхождения - известняки, мел,диатомиты и трепел; из пород смешанного генезиса - доломит, мергель иопоку.

Метаморфические (видоизмененные) породы представлены в основном гнейсами, сланцами (глинистыми, слюдяными, тальковыми и др.), мраморами и кварцитами.

При изучении пород всех типов выясняют их минеральный состав, характер структуры, текстуру, важнейшие показатели технических свойств (прочность, весовые характеристики, технологические показатели и др.), основные месторождения.

Изучение этого раздела завершается краткими данными об обработке камня, видах готовой продукции, выпускаемой из природного камня, и о способах повышения долговечности камня в конструкциях.

Литература: (1, с. 46…80]; [4, с. 29…54].

 

Вопросы для самопроверки

1 Какие строительные материалы и изделия получают из горных пород? 2 Воспроизведите классификацию горных пород по условиям их образования; 3 Из каких минералов состоят основные магматические породы (габбро, диабазы и базальты)? 4 Каковы характерные свойства минералов, образующих магматические породы? 5 Какие минералы придают горным породам высокую вязкость и прочность? 6 На зовите горные породы, применяемые в тяжелых и легких бетонах; 7 Как образовались осадочные породы? 8 Назовите некоторые породы, применяемые для производства минеральных вяжущих? 9 В каких условиях образовались метаморфические породы? 10 Какие природные каменные материалы применяют для облицовки? 11 Перечислите породы, состоящие из карбонатов и сульфатов кальция и магния; 12 Для каких целей в строительстве применяют гранит, диабаз, базальт, кварцит, известняк, мел? Влияние на них высоких температур; 13 Сущность работ по флюатированию камня. Способы уплотнения поверхности камня кремнийорганическими соединениями и другими веществами.

 

Керамические изделия

В курсе строительных материалов основными изделиями, которые относят к строительной керамике являются: кирпич обыкновенный и эффективный (пористый и пустотелый), черепица кровельная, трубы дренажные и канализационные, плитки и другие облицовочные изделия (терракота, майолика, блоки и др.). Плитки для пола, кирпич дорожный (клинкерный), изразцовые плитки, санитарно-технические изделия, керамзитовый гравий и др. Технология изготовления большинства изделий строительной керамики сравнительно проста, а повсеместное распространение глин, обладающих пластическими свойствами, обусловило самое широкое применение керамических материалов в промышленном, жилищном и гражданском строительстве. Широкому распространению керамических строительных материалов способствует их высокая огнестойкость, значительная механическая прочность, химическая стойкость, умеренная теплопроводность и морозостойкость.

Керамические материалы и изделия принято классифицировать в зависимости от основного назначения на следующие группы: стеновые материалы, кирпич и камни строительного специального назначения, изделия керамические пустотелые для перекрытий, для облицовки фасадов зданий, изделия керамические кислотоупорные и футеровочные. В этих материалах и изделиях следует четко разбираться, изучив их не только по учебной литературе, но и по Строительным нормам и правилам (СНиП)

Кирпич, особенно облегченный, продолжает оставаться важным строительным материалом, поэтому изучению его свойств, технология переработки сырья и другим смежным вопросам следует уделять достаточное внимание. Были разработаны конструкции панелей из кирпича, утеплителем в которых служил слой фибролита, пеностекла, пенокералита или других теплоизоляционных материалов с малым. коэффициентом теплопроводности. Кирпич используется в крупных блоках. Каждый такой блок может заменить до 500 шт. кирпича стандартного размера и более, что повышает производительность труда при кладочных работах, снижает стоимость кладки.

За годы пятилеток была создана мощная керамическая промышленность, оснащенная передовой техникой, внедрены новейшие машины по переработке глин, вакуумные прессы, высокопроизводительные прессы для получения сухого прессованного кирпича, усовершенствованные конструкции туннельных печей, сушил, разработаны новые технологические схемы производства. Так, например, на заводах сейчас работают башенные распылительные сушилки и сушильно-глазурованные конвейеры по обжигу плиток.

Значительное место в строительной керамике занимают архитектурные керамические изделия, которые предназначены украшать здания или дополнять его архитектуру.

Производство пористых заполнителей из легкоплавких глин (керамзитов) приняло в настоящее время массовый характер, так как позволяет выпускать эффективные легкие бетоны в тех районах страны, где отсутствуют запасы природного камня, особенно пористого - туфа, пемзы и т. п.

Производство керамики, основанное на использовании пластических свойств сырья, постепенно вытесняется производством основанным на применении высоких и сверхвысоких давлений при прессовании сырца. Необходимость повышенной пластичности исходного сырья тогда отпадает, так как пластическое формование заменяется полусухим прессованием изделий, но получаемые готовые изделия продолжают оставаться керамическими, поскольку они по-прежнему подвергаются обжигу в печах.

Вначале принцип прессования нашел отражение в производстве магнезитовых и динасовых огнеупорных и санитарно-фаянсовых изделий. В связи с развитием техники потребовались более современные виды керамических материалов. Их отличительная особенность выражена рядом специфических свойств (высокая прочность, устойчивость при высоких и сменяющихся температурах, изностойкость). Эта новая керамика необходима, в частности, для реактивной авиации и ракетостроения. Для получения чистых сплавов и редких металлов в металлургии требуется специальная керамическая обмуровка тиглей, отличающаяся большой химической стойкостью при высоких температурах. Для атомной промышленности необходима керамика с определенными ядерными свойствами в сочетании с огнеупорностью, термостойкостью и коррозиестойкостью. Поэтому современная техническая или специальная керамика основывается на новых разновидностях сырья, а роль глины, и отчасти каолина, резко упала. Важнейшей разновидностью сырья для технической керамики являются химически чистые оксиды, получаемые искусственным путем; среди них — оксид бериллия диоксид тория, диоксид циркония, оксид магния, оксид кальция и др., а также некоторые смеси оксидов, например, алюминия и магния (шпинель), оксиды циркония и кремния (циркон) и др. Чем химически чище применяемые оксиды, тем выше, как правило, огнеупорность получаемых керамических изделий.

Технология керамики чистых оксидов и металлокерамики подобна технологии обычной керамики, т. е. формованию изделий из порошкообразного сырья и обжигу их до требуемой температуры, однако имеются и специфические стороны, связанные с необходимостью использования высокодисперсного исходного сырья (1—2 мкм). 

Литература: [1, с. 81…105]; [4, с. 54…73].

Вопросы для самопроверки

1 Как образуются глины? Химический и минеральный состав глин; 2 Классификация глин по условиям образования и степени огнеупорности; 3 Основные свойства глин: пластичность, отношение к сушке и нагреванию; 4 Как определить огнеупорность Глины? 5 Что такое отощающие добавки и для каких целей их применяют в керамическом производстве? 6 Для чего в глину вводят выгорающие добавки и что используют в качестве добавок? 7 Какие керамические материалы имеют пористый и какие плотный черепок? 8 Какова общая технологическая схема производства керамических изделий? 9 Два основных метода производства кирпича и их особенность; 10 Как изменяется температура в печи при обжиге кирпича? 11 Основные свойства кирпича и требования, предъявляемые к его качеству? 12 Какие стеновые блоки изготовляют из кирпича? 13 Какие существуют эффективные керамические изделия? 14 Какие основные керамические изделия изготовляют для облицовки стен, и какие требования предъявляют к их качеству? 15 Как производят и где применяют керамзит? 16 Какие существуют огнеупорные керамические материалы? 17 Особенности изготовления санитарно-технической керамики.