будмат 3
Лекція 3. Природні кам'яні матеріали
3.1. Загальні відомості про природні кам'яні матеріали
3.1.1. Гірські породи
Природні кам'яні матеріали одержують механічною переробкою та обробкою гірських порід, не змінюючи їх природної структури та властивостей.
Гірські породи - це мінеральні маси, які утворюють земну кору і мають відносно сталі склад і будову. Вони складаються з мінералів.
Мінерали - це природні утворення, однорідні за хімічним складом, будовою та властивостями. Гірські породи можуть бути полімінеральними, тобто складатися з кількох мінералів, або мономінеральними - з одного мінералу.
3.1.2. Основні напрямки використання
Залежно від виду обробки природні кам'яні матеріали бувають:
- подрібнені (щебінь, висівки);
- колоті (бутовий камінь, шашка);
- пиляні (блоки, плити);
- штучні вироби різного ступеня обробки.
У сучасному будівництві визначилися такі основні напрямки використання згаданих матеріалів:
1) штучне каміння та вироби для зведення стін будівель, підлог, сходів тощо;
2) облицювальні (декоративні) вироби - плити, каміння й ін.;
3) каміння та вироби для дорожнього будівництва - брущатка, шашка для мостіння, плити, бордюрний камінь;
4) каміння та вироби різних типів для ГТС та інших споруд;
5) нерудні матеріали - бутовий камінь, заповнювачі для бетону (щебінь, гравій, пісок);
6) сировина для одержання мінеральних в'яжучих речовин, керамічних, скляних та інших плавлених матеріалів.
3.2. Генетична класифікація гірських порід
3.2.1. Загальні відомості
Згідно з генетичною (за походженням) класифікацією всі гірські породи поділяють на три групи:
Вивержені (магматичні) породи | Осадові породи | Метаморфічні породи | |||
Масивні | Уламкові (вулканічні) | Механічні відклади | Хімічні осади | Органогенні відклади | |
3.2.2 Вивержені (магматичні) породи
Вивержені (магматичні) породи утворилися внаслідок охолодження й затвердіння магми.
Вони поділяються на масивні та уламкові.
Масивні утворюються внаслідок охолодження й затвердіння вогненно-рідкої лави (магми) або в надрах – глибинні (інтрузивні) породи (наприклад, граніт), або біля поверхні землі – вилиті (ефузивні) породи (наприклад, базальт). Утворюючи глибинні породи, магма застигала повільно й рівномірно, що сприяло кристалізації мінералів. Такі породи щільні, міцні, морозостійкі. Вилиті породи утворилися внаслідок швидкого й нерівномірного охолодження магми, що призводить до погіршення їх властивостей.
Уламкові породи утворились здебільшого внаслідок вулканічної діяльності, тому їх також називають вулканічними. Ці породи можуть бути сипкими (пемза) й зцементованими (вулканічний туф), а тому їхні властивості змінюються в широких межах.
3.2.3. Осадові породи
Осадові (вторинні) - виникли в поверхневих шарах земної кори внаслідок руйнування (вивітрювання) первинних порід.
Осадові породи поділяють на три групи:
- механічні відклади, які можуть бути сипкими (глина, пісок) і зцементованими (пісковик);
- хімічні осади, насамперед карбонати (вапняк, мергель) і сульфати (гіпс);
- органогенні відклади рослинного (фітогенного) походження (діатоміт) чи тваринного (зоогенного) походження (крейда).
В результаті різноманітного походження властивості й структура осадових порід також досить різноманітні.
3.2.4. Метаморфічні породи
Метаморфічні породи утворилися як із вивержених, так і з осадових порід унаслідок того, що вони потрапили в умови метаморфізму - перетворення гірських порід у земній корі під дією високих температур і тиску (гнейс, сланці, мармур).
3.3. Видобування й обробка природного каменю
3.3.1. Видобування природного каменю
Усі гірські породи за твердістю поділяють на:
- тверді (твердість 6...7) - граніт, габро й ін.;
- середні (твердість £ 5) - мармур, щільні вапняки й ін.;
- м'які (твердість 2...3) - гіпс, вапняк-черепашник і ін.
Розробляючи тверді породи, спочатку від них відокремлюють крупний моноліт (буроклиновим, буровибуховим методами, ударними вибуховими машинами й ін.), який далі поділяють на блоки.
Для порід середньої твердості блоки відокремлюють машинами з канатними пилами ( 3...6 мм). У пропил подають кварцовий пісок із водою (абразив).
Видобуті блоки з твердих і середніх порід доставляють на каменеобробний завод, де їх розпилюють на плити або виготовляють із них фасонні вироби.
М'які породи (інколи середні) видобувають у кар'єрах за допомогою каменерізальних машин, які мають твердосплавні дискові й ланцюгові пили. Розробка породи ведеться поточним методом.
Дроблений камінь видобувають за допомогою буровибухового методу, після чого куски поступають на дробильно-сортувальний завод або установку для дроблення (дробарки).
Сипкі гірські породи (пісок, гравій) добувають за допомогою одно- або багатоковшових екскаваторів, гідромеханічним способом.
3.3.2. Обробка природного каменю
Для облицювальних виробів природному каменю надають тієї чи іншої фактури (характеру поверхні), використовуючи ударну чи абразивну обробку.
Ударна обробка полягає в обколюванні поверхні каменю за допомогою каменетесального інструмента зі змінними наконечниками (для тесання, для сколювання, для чистової обробки).
Абразивна обробка крім розпилювання передбачає також фрезерування, шліфування й полірування.
3.4. Матеріали і вироби з природного каменю
3.4.1. Грубооброблені матеріали
Бутовий камінь (бут) - це куски каменя неправильної форми розміром 150...500 мм, масою 20...40 кг. Бутовий камінь може бути рваним або постілистим. Застосовується при складці фундаментів, дорожньому та гідротехнічному будівництві, підпірних стінок, його також переробляють на щебінь. Марки бутового каменю по міцності на стиск М100...М400, по морозостійкості – F15...F300. Уміст глини не повинен перевищувати 2% за масою.
Гравій одержують просіюванням сипких порід; у разі потреби їх промивають, щоб видалити шкідливі домішки (глину, пил).
Піски бувають природними та штучними (подрібненими).
Щебінь, гравій та пісок використовують як заповнювачі до бетонів.
3.4.2. Каміння та блоки для укладання стін
Багато пористих гірських порід легко розпилюються на блоки правильної геометричної форми (прямокутні паралелепіпеди).
Маса каменя не повинна перевищувати 16 кг, дрібного блока – 40 кг. Каміння та блоки застосовують для зведення зовнішніх і внутрішніх стін, перегородок та інших частин будівель і споруд.
Марки стінових каменів по міцності на стиск М4...М400, блоків М25...М400. Морозостійкість > 15 циклів.
3.4.3. Облицювальні матеріали та вироби
Облицювальне каміння й плити, а також архітектурно-будівельні вироби виготовляють, розпилюючи блоки або безпосередньо з масиву гірської породи. Можна виготовляти також колені вироби. Цокольні плити, а також деталі карнизів та інших частин будівлі, що виступають, виготовляють із найстійкіших порід. Спеціальне облицювання застосовують для захисту від корозії.
Границя міцності на стиск облицювальних матеріалів повинна бути не менше 5 МА, морозостійкість – не менше 15 циклів.
3.4.4. Матеріали та вироби для дорожнього будівництва
Брущатий камінь (брущатка) призначається для впорядкування покриттів проїжджої частини доріг. Камінь має форму зрізаної піраміди з паралельними прямокутними верхньою та нижньою основами.
Вихідною сировиною для них служать високоміцні й щільні гірські породи з міцністю 60...100 МПа, морозостійкістю не менше 25 циклів. З таких саме порід виготовляють і шашку для мозаїчного бруку.
Крім названих матеріалів і виробів виготовляють також тротуарні плити, бортове каміння (відокремлює проїжджу частину дороги від тротуару). Тротуарні плити виготовляють із шаруватих гірських порід. Форма – плити квадратні чи прямокутні зі стороною 200...800 мм, та рівною лицьовою поверхнею. Товщина плит 40...150 мм.
3.4.5. Каміння для гідротехнічних споруд
Для річкових і морських гідротехнічних споруд застосовують каміння правильної та неправильної геометричних форм.
Каміння неправильної форми – колоте й пиляне – використовують для облицювання гребель, набережних, шлюзів.
До всіх матеріалів ставлять підвищені вимоги щодо міцності, водо- та морозостійкості (8...100 МПа, водопоглинання £ 1%, морозостійкість ³ 300 циклів).