2 Природные каменные материалы
Общие сведения
Строительные материалы из природного камня применяются с глубокой древности. До наших дней сохранилась пирамида фараона Хеопса и большой сфинкс в Египте, выполненные из известняка (ХХVIII в. до н. э.), развалины Парфенона Греции, построенные из мрамора (447–438 гг. н. э.), Коллизея в Риме – из туфа, травертина, мрамора (75-80 гг. н. э.) и многие другие.
В Беларуси природные каменные материалы широко применяются в строительстве. Прежде всего следует назвать Минский метрополитен и здание Минского железнодорожного вокзала, при возведении которых применялись материалы из природного камня.
2.2 Горные породы
Горными породами называются минеральные массы, образующие геологические тела. Они состоят из минералов.
В зависимости от условий образования горные породы подразделяются на три вида: первичные – изверженные(магматические), вторичные –осадочные, видоизмененные –метаморфические.
Горные породы служат сырьевой базой для промышленности строительных материалов. Применяются для изготовления минеральных вяжущих веществ, керамических материалов, строительного стекла, щебня, гравия, песка для дорожного строительства, бетонов и растворов, облицовки зданий, сооружений и многих других целей.
2.2.1 Породообразующие минералы
Минералами называют составные части горных пород, однородные по химическому составу и физическим свойствам. Если горная порода состоит из одного минерала, она называется мономинеральной, если из двух и более – полиминеральной.
В настоящее время известно около 5000 минералов. В образовании же горных пород преимущественно участвуют 25 минералов. Основными породообразующими минералами являются кремнезем, алюмосиликаты, железистомагнезиальные силикаты. карбонаты, сульфаты.
Минералы группы кремнезема. К минералам этой группы относят кварц. Он может находиться как в кристаллической, так и аморфной форме.
Кристаллический кварц в виде диоксида кремния SiO2 – один из самых распространенных минералов в природе. Средняя плотность его составляет 2,65 г/см3, предел прочности при сжатии – до 2000 МПа, твердость – 7, имеет высокую химическую стойкость – его разрушает только фтористоводо-родная и горячая фосфорная кислоты. Является составной частью гранитов, сиенитов, песков, песчаников. Характерным свойством кристаллического кварца является способность вступать в химическое взаимодействие с известью при температуре 150–200 °С в среде насыщенного пара в автоклавах. Используя это свойство, получают силикатные материалы.
Аморфный кремнезем
Минералы группы алюмосиликатов – полевые шпаты, слюды, каолиниты.
Полевые шпаты составляют 58 % всей литосферы и являются самыми распространенными минералами. Разновидности их ортоклаз и плагиоклазы.
Ортоклаз – калиевый полевой шпат К2О·Al2О3·6SiО2, имеет среднюю плотность 2,57 г/см3, твердость – 6,5. Является основной частью гранитов, сиенитов.
Плагиоклазы – минералы, состоящие из смеси твердых растворов альбита и анортита.
Альбит – натриевый полевой шпат Na2O·Al2O3,· 6SiO2, имеет среднюю плотность 2,6 г/см 3, твердость – 6–6,5.
Анортит-кальциевый полевой шпат СаО·Аl2о3·2Sio2 имеет среднюю плотность 2,6 г/см3, твердость 6–6,5.
Плагиоклазы входят в состав кислых и основных горных пород.
Предел прочности полевых шпатов при сжатии составляет 120–170 МПа, что ниже прочности кварца. Они выветриваются под воздействием воды, содержащей углекислоту, в результате чего образуется каолинит.
Слюды – водные алюмосиликаты слоистого
строения, способные расщепляться на
тонкие пластинки. Наиболее часто
встречаются два вида – мусковит и
биотит. Мусковит – калиевая бесцветная
слюда К2О·3Al2O3·6SiO2·2H2O
или КAl2(OH,F2)·(AlSi3O10).
Обладает высокой химической стойкостью,
тугоплавка. Биотит – железисто-магнезиальная
слюда черного или зелено-черного цветов
К
Слюды имеют твердость 2–3. Мусковит встречается в изверженных и осадочных породах , биотит – в изверженных.
Водной разновидностью слюды является вермикулит. Он образован из биотита в результате воздействия гидротермальных процессов. При нагревании вермикулита до 750 °С теряется химически связанная вода, в результате чего объем его увеличивается в 18–40 раз. Вспученный вермикулит применяют в качестве теплоизоляционного материала.
Слюды понижают прочность горных пород и ускоряют их выветривание.
Каолинит Al2O3·2SiO2·2H2O – минерал, получаемый в результате разрушения полевых шпатов и слюд. Залегает в виде землистых рыхлых масс. Применяют для изготовления керамических материалов.
Железистомагнезиальные силикаты. Минералами этой группы являются пироксены, амфиболы и оливин.
К пироксенам относят авгит, состоящий из Са (Mg, Fe, Al) [(Si, Аl)2 O6] и входящий в состав габбро, к амфиболам – роговую обманку, состоящую из Si, Al, Ca, Mg, Fe, Na, О, H и входящую в состав гранитов. Оливин входит в состав диабазов, базальтов, габбро. Продукт выветривания оливина – хризотил-асбест 3МgO·2SiO2·2H2O. Эти минералы являются силикатами магния и железа и имеют темную окраску. Они обладают высокой ударной вязкостью и стойкостью против выветривания.
Минералы группы карбонатов. К ним относят кальцит, магнезит, доломит. Они входят в состав осадочных горных пород.
Кальцит СаСО3 имеет среднюю плотность 2,7 г/см3, твердость – 3. Вскипает при воздействии слабого раствора соляной кислоты. Входит в состав мела, известняков, мрамора, травертинов.
Магнезит MgCO3 имеет среднюю плотность 3,0 г/см3, твердость – 3,5–4. Вскипает от горячей соляной кислоты. Образует породу с тем же названием.
Доломит СаСО3·МgCO3 имеет плотность 2,8–2,9 г/см3, твердость –3,5–4. По свойствам занимает среднее положение между кальцитом и магнезитом. Входит в состав мраморов. Образует породу с таким же названием.
Минералы группы сульфатов – гипс и ангидрит.
Гипс СаSO4·2H2O имеет среднюю плотность 2,3 г/см3, твердость 1,5–2,0, цвета – белый, серый, красноватый. Строение кристаллическое. Хорошо растворяется в воде. Образует породу – гипсовый камень.
Ангидрит СаSO4 имеет среднюю плотность 2,9–3 г/см3, твердость – 3–3,5, строение кристаллическое. При насыщении водой переходит в гипс.
Раздел 2. Природные каменные материалы
Каменные строительные материалы включают широкую номенклатуру изделий, получаемых из горных пород: рваный камень в виде кусков неправильной формы (бут, щебень и др.), изделия правильной формы (блоки, штучный камень, плиты, бруски), профилированные изделия и др. Исходя из специфики технологии производства их разделяют на три группы. Первую составляют нерудные строительные материалы – это камень, используемый в виде полупродукта, идущий на производство искусственных строительных материалов (бетоны и строительные растворы, асфальтобетон). Под штучным стеновым камнем понимают каменные материалы правильной геометрической формы, полученные непосредственно из горного массива с помощью специальных механизмов. Третью группу составляют облицовочные (декоративные) природные камни, которые по своим эстетическим качествам после соответствующей переработки пригодны для отделочных работ.
По происхождению горные породы делят на три основных вида (рис. 5):
1) магматические, образовавшиеся в результате затвердевания в недрах
земли или на ее поверхности, в основном из природного силикатного расплава – магмы.
2) осадочные, образовавшиеся путем осаждения неорганических и орга-
нических веществ на дне водных бассейнов и на поверхности земли.
3) метаморфические, являющиеся продуктом изменения магматических и
осадочных пород под действием высоких температур и давлений.
Рисунок 5 – Классификация горных пород
Необходимо более детально остановить внимание на понятиях “горная
порода” и “минерал”. Горные породы – это природные образования более или менее определенного состава и строения, образующие в земной коре самостоятельные геологические тела. Минералами называют однородные по своему составу и физическим свойствам составные части горной породы. Горные породы могут быть мономинеральными, состоящими из одного минерала, и полиминеральными, состоящими из нескольких минералов.
Используемые горные породы для производства материалов и изделий
должны обладать достаточной прочностью, определенными физическими свойствами (плотностью, пористостью, водопоглощением), минимально допустимой маркой по морозостойкости, а в отдельных случаях достаточной истираемостью.
Прочность камня зависит от его строения и сил межзерновых связей сла-
гающих его минералов. Так, прочность при сжатии у мелкозернистых пород выше, чем у крупнозернистых. Прочность при растяжении горных пород невысока и порой в 6-10 раз меньше прочности при сжатии.
Средняя плотность используемых камней изменяется в широких пределах
(от 300-500 кг/м3 доля пористых пород (пемзы, туфа, известняка и др.) до 2600-3300 кг/м3 для плотных пород типа гранита, габбро, диабазов, мрамора и др.)
Наименьшей пористостью обладают кварциты (0,7%) и граниты (1-3,3%), наибольшей – известняки (до 30%) и вулканические туфы (до 65%).
Водопоглощение характеризует способность горной породы впитывать и
удерживать в себе воду. Водопоглощение гранита – 0,1 – 0,8%, а туфа и известняка–ракушечника – до 40 % по массе.
Морозостойкость зависит от строения и пористости горной породы. Для большинства изделий из природного камня ее минимальную величину нормируют. Так, минимальная величина марки по морозостойкости для облицовочного камня F 15 (известняк-ракушечник, вулканический туф).
Истираемость горной породы нормируется у облицовочных материалов,
применяемых для устройства полов, лестниц, тротуаров и др.
Виды природных каменных материалов и их применение в
строительстве
Все каменные материалы, используемые в строительстве, делятся на две группы: материалы, используемые в первоначальном виде и материалы, требующие обработки.
К первой группе относятся:
Бутовый камень. Это крупные куски камня неправильной формы весом от 20 до 40 кг. Он используется для бутовой и бутобетонной кладки фундаментов, подземных стен и стен неотапливаемых зданий.
Гравий. Он представляет собой скопление обломков горных пород с величиной зерен от 5 до 70мм. Гравий применяют как заполнитель для бетонов, а также как фильтрующий материал в дренажных системах.
Песок. Это рыхлая горная порода, состоящая из частиц размером от 0,16 до 5 мм. Песок применяют как заполнитель для бетонов и растворов, а также при изготовлении керамики, стекла и других строительных материалов.
К материалам второй группы, требующим обработки, можно отнести следующие:
Щебень. Он представляет собой угловатые обломки горных пород размером от 5 до 70 мм , образовавшиеся при дроблении горных пород. Его применяют как заполнитель для бетонов, а также при строительстве автомобильных и железных дорог.
Стеновые камни и блоки. Это штучные каменные материалы правильной геометрической формы, изготовленные из известняков, туфов и других горных пород. Масса камней до 40-45кг. Блоки отличаются от камней большими размерами и массой (более 100кг). Их используют для кладки стен. Широкое применение местного природного камня в строительстве городов и сел Армении, Грузии, Молдавии и Крыма создало неповторимый колорит и своеобразие их архитектуры. Наиболее известный образец использования стенового природного камня – Мавзолей Ленина, в строительстве которого использованы камни и блоки из гранита, кварцита, лабрадорита и габбро.
Облицовочные каменные материалы. Они представляют собой широкую номенклатуру плит, плиток, фасонных и профильных элементов облицовки для наружной и внутренней отделки стен, полов, подоконников, карнизов и др. Лицевая поверхность облицовочных материалов может иметь самую разнообразную фактуру, которая придается им ударной или абразивной обработкой. Ударная обработка заключается в откалывании поверхности камня с помощью камнетесного инструмента и дает возможность получить следующие фактуры: фактуру скалы с буграми и впадинами, как при естественном расколе породы; рифленую с правильным чередованием гребней и впадин; бороздчатую – с параллельными прерывистыми бороздками; точечную — шероховатую с точечными углублениями. Абразивная обработка включает распиливание, шлифовку и полировку. Распиливание осуществляют камнерезными машинами, шлифовку и полировку производят на шлифовально-полировальных станках с применением абразивных материалов и войлочных полировальных дисков. Абразивная обработка дает фактуры: пиленую – с тонкими штрихами и бороздками, шлифованную – равномерно шероховатую, лощеную – гладкую бархатисто-матовую с выявленным рисунком камня, зеркальную – гладкую с зеркальным блеском.
Бортовые камни. Их изготовляют методом обколки и обтески каменных пород. Применяют для устройства дорожных покрытий.
Брусчатка. Она представляет собой колотые и тесаные бруски камня, которые применяют для устройства мостовых.
2.Природные каменные материалы
1. Магматические горные породы. Классификация. Породообразующие материалы.
Горными породами называют образования, состоящие из отдельных минералов и их ассоциаций, характеризующиеся относительно постоянным составом и образовавшиеся в определённых геологических условиях внутри Земли, или на её поверхности. Горные породы, содержащие полезные компоненты и отдельные минералы, извлечение которых экономически целесообразно, называют полезными ископаемыми.
Магматические[4] породы образовались непосредственно из магмы (расплавленной массы преимущественно силикатного состава), в результате ее охлаждения и застывания. В зависимости от условий застывания различают интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся) горные породы.
МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ.
Магматические породы образуются, как угже говорилось, путем кристаллизации магматического расплава. В зависимости от того, на какой глубине происходит этот процесс, среди магматических пород выделяют:
Интрузивные (лат. «интрузио» — проникаю, внедрять) (глубинные, абиссальные), которые кристаллизуются на больших глубинах в толще земной коры среди других горных пород. Интрузивные горные породы формируются в условиях медленного понижения температуры при высоком всестороннем давлении в глубинах земной коры, вследствие чего обладают полнокристаллической, крупнозернистой структурой;
Субвулканические и жильные (полуглубинные, гипабиссальные), формирующиеся ближе к поверхности земли, при более быстрых снижениях температуры в условиях более низкого давления;
Эффузивные (лат. «эффузио» — излияние) (излившиеся, вулканические), застывшие на дневной поверхности в результате излияния магмы в виде лавы при вулканических извержениях. Эффузивные горные породы вследствие быстрого застывания обычно мелкозернисты и частично, а иногда полностью состоят из стекла. Часто в них встречаются более крупные кристаллы вкрапленники.
Помимо генезиса, магматические горные породы различаются по условиям залегания, химическому и минеральному составу, текстуре и структуре.
Генезис магматических горных пород.
Магма (греч.— месиво, густая мазь) представляет собой природный, чаще всего силикатный, огненно-жидкий расплав, возникающий в коре или в верхней мантии и при остывании дающий магматические горные породы
Базальтовая (основная) магма, по-видимому, имеет большее распространение. В ней содержится около 50 % кремнезема, в значительном количестве присутствуют алюминий, кальции, железо и магний, в меньшем — натрий, калий, титан и фосфор.
По химическому составу базальтовые магмы подразделяются на толеитовую (перенасыщенна кремнеземом) ищелочно—базальтовую (оливин-базальтовую) магму, (недонасыщенную кремнеземом, но обогащенную щелочами).
Гранитная (риолитовая, кислая) магма содержит 60—65% кремнезема, она имеет меньшую плотность, более вязкая, менее подвижная, в большей степени чем базальтовая магма насыщена газами.
В зависимости от характера движения магмы и места ее застывания различают два типа магматизма: интрузивный и эффузивный. В первом случае магма остывает и кристаллизуется на глубине, в недрах Земли, во втором — на земной поверхности.
Природные каменные материалы | Новости в строительстве
Забор выполненный из блоков ракушняка
Природные каменные материалы применяются для строительства домов и составных частей здания.Для возведения составных частей дома,такие как фундаменты, цоколи, стены, печи применяются различные природные каменные материалы.
Содержание статьи:
1. Классификация горных пород
2. Изверженные породы.
3. Основные виды строительных материалов относящиеся к группе осадочных горных пород.
4. Основные виды строительных материалов относящиеся к группе метаморфических пород.
5. Природные строительные каменные материалы и изделия.
Природные каменные материалы и изделия получают из различных горных пород, которые подразделяют на изверженные, осадочные и метаморфические.
Изверженные породы
Среди изверженных пород (магматические горные породы)особое место занимает гранит, так как это наиболее распространенная тяжелая глубинная изверженная горная порода. Представляет собой сплав кварца, полевого шпата и небольшого количества слюды. Гранит морозостоек, хорошо шлифуется и полируется. Кроме гранита, из тяжелых глубинных пород в строительстве используют габбро, сиениты, диориты и другие.
К легким изверженным породам относятся пемза, туфовые лавы и вулканические туфы.
Пемза представляет собой серовато-белого до коричневого цвета излившаяся вулканическая сыпучая порода губчатого строения, которая состоит из кислого вулканического стекла. Крупнейшие месторождения пемзы находятся на Северном Кавказе, в Армении на Камчатке и в других районов. В зависимости от физико-механических свойств пемзы и по петрографическому составу, пемзы подразделяют на :
1. Пемзы анийского типа (Анийского, Ириндского и Пемзашенского месторождений).
2. Литоидные пемзы (Пусаванского, Джараберского и Гюмушского месторождений).
От литоидных пемзы анийского типа отличаются прежде всего большей пористостью, пониженной прочностью и легкостью.
Таблица -5. Основные свойства вулканических пемз
Большинство разновидностей природных пемз характеризуются своим составом а именно большим содержанием SiO2-68…72%; Al2O3-13…18% и щелочей в пределах 4…9%. Для пемзы коэффициент размягчения составляет 0,85…0,45.В строительстве пемзы анийского типа используются в производстве конструкционно-теплоизоляционных а также в теплоизоляционных легких бетонов имеющие среднюю плотность в пределах 500…1400 кг/м³ и прочность при сжатии от 1 до 10 МПа. Пемзы анийского типа также используются в строительстве и в качестве теплоизоляционных засыпок.Имеющие повышенную прочность пемзы литоидного типа используются как заполнитель в конструкционных легких бетонах классов В 10…В 30 средней плотностью 1400…1800 кг/м³.
Туф
Туф-представляет собой пористая каменная порода, которая образовалась из продуктов вулканических выбросов в виде песка, пепла, щебня и других более крупных кусков уплотнившихся и скрепленных между собой. Туфы имеют различную качественную характеристику в зависимости от условий их образования. Спекшиеся туфы обладают наилучшими показателями, так как они образовались из отложений размягченного под действием очень высокой температуры и насыщенного газами мелкообломочного материала без какого-либо цементирующего вещества.
Другие туфы отличаются от спекшихся прежде всего низкими показателями, так как они образовались из обломочного материала скрепленного между собой природным цементом различного состава. Наиболее крупные месторождения вулканических туфов находятся в Армении, Грузии, Бурятии, Хабаровском и Приморском краях, на Камчатке в Закарпатье и в других местах.
По петрографическому составу и физико-механическим показателям туфы Армении подразделяются на пять типов:
артикский, ереванский, анийский, бюроканский и фельзитовый. По химическому составы они близки к пемзам. Туфы Армянских месторождений используются в качестве несущего стенового и облицовочного материала. Туфы фельзитового типа в строительстве применяют главным образом для облицовки зданий. Отходы от каменной обработки используют в качестве пористых заполнителей для легких бетонов преимущественно конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных классов В 2,5…В 25 средней плотностью 1400…2000 кг/м³.
Осадочные горные породы
К осадочным породам относятся известняки, песчаники и глины. Известняки состоят в основном из карбоната кальция (CaCO3). Различают пористые известняки (мел, ракушечник, известковые туфы) и плотные. Песчаники представляют собой зерна кварцевого (чаще всего ) песка, сцементированные окисью кальция, водным или безводным кремнеземом, водными окислами железа или глиной.
Глина -осадочная горная порода в виде смеси частиц песка размером 0.15-5 мм, пылевидных частиц величиной 0,005-0,15 мм и собственно глинистых частиц размером менее 0,005 мм. Частицы величиной 0,001 мм и даже меньше (тонкодисперсные) сообщают глинам способность во влажном состоянии образовывать пластичное тесто. легко принимающее заданную форму и сохраняющее ее после высыхания. а при обжиге превращается в камневидное тело.
Из глины получают кирпич, черепицу, облицовочные плитки и пустотелые керамические камни. Глину используют также в качестве вяжущего вещества для приготовления строительных растворов. Более обширную информацию о глине вы сможете получить в статье сырье для производства керамики.
Среди сыпучих природных каменных материалов, которые относятся к осадочным горным породам можно выделить песок. Песок это природный каменный материал, который в зависимости от происхождения и условий залегания бывает горный( овражный), речной и морской. Плотность песка составляет (2,54…2,65)·10³ кг/м³ и зависит от преобладающих в нем минералов.По крупности зерен песок делится на мелкий, средний и крупный-от 0,15…5 мм.
На объемную массу песка влияют его гранулометрический (зерновой) и минералогический составы, степень уплотнения и особенно влажность. Считается что объемная масса песка в среднем равна 1550 кг/м³, но в отдельных случаях она достигает 1400 и 1700 кг/м³. Примеси ухудшают строительные качества песка.
К наиболее вредным примесям относятся слюда, соединения серы , пылевидные, глинистые и илистые частицы а также органические примеси. Для бетона смешивают песок с крупными и мелкими зернами в пропорциях, которые зависят от крупности и окатанности зерен песка.Таким образом достигается наивысшая крепость бетонной смеси, правильным (оптимальным) подбором составных частей песка.
Для подбора оптимального состава песка, следует просеять песок сначала через сито с ячейками 2,5 мм. Затем, то что прошло через него пропускают через сито с ячейками 1,2 мм и получают первую фракцию песка. Далее, то что прошло через сито 1,2 мм просеивают через сито 0,3 мм и получают вторую фракцию. Для приготовления оптимальной песчаной смеси берут 20-50 % первой фракции и 50-80% второй.
Если песок крупно загрязнен то его промывают.Содержание в нем глинистых и прочих примесей не должно быть больше пяти-семи процентов.Песок применяется преимущественно как заполнитель для бетонных смесей и растворов различного вида,в качестве подстилочных слоев под подушки фундамента дома,под разного вида дорожек и тротуаров.
Метаморфические горные породы
Наиболее распространены такие представители метаморфических горных пород как мрамор, роговики и кварциты а также сланцы, гнейсы разнообразные милониты и катаклазиты. Мрамор представляет собой перекристаллизовавшиеся известняки, при этом мрамор хорошо шлифуется и полируется. Физико-механические свойства состав метаморфических горных пород варьирует в довольно широких пределах.
Мрамор полнокристаллическая метаморфическая карбонатная горная поро
