Строительные материалы .ру

Меры защиты каменных материалов от выветривания в сооружениях.

Непременным условием длительной службы каменных материалов в сооружениях является правильный их выбор с учетом эксплуатационной среды, химико-минералогического состава и структуры материала. Однако даже самые прочные породы, из которых выполнен материал, под непрерывным механическим и химическим воздействием атмосферных факторов и различных микроорганизмов разрушаются. Этот процесс по аналогии с разрушением горных пород на земной поверхности называют выветриванием.
Основные причины выветривания природных каменных материалов в сооружениях: замерзание воды в порах и трещинах, вызывающее внутреннее напряжение; частое изменение температуры и влажности, вызывающее появление микротрещин; растворяющее действие воды и понижение прочности при водонасыщении; химическая коррозия под действием газов, содержащихся в атмосфере, и веществ, растворенных в грунтовой или морской воде. Различные микроорганизмы и растения (мхи, лишайники), поселяясь в порах и трещинах камня, извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие биологическое разрушение камня.
Стойкость материалов против выветривания тем выше, чем меньше их пористость 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 конструкций от увлажнения осуществляют путем устройства надлежащих стоков воды, придания каменным материалам гладкой поверхности и такой формы, при которых вода, попадающая на них, не задерживается и не проникает внутрь материала.
К химическим мероприятиям относят создание на лицевой поверхности камня плотного водонепроницаемого слоя или ее гидрофобизацию. Одним из способов повышения поверхностной плотности является флюати-рование, при котором карбонатные породы пропитывают солями кремнефтористоводородной кислоты (флюа-тами), например флюатами магния. В результате происходящей реакции:в поверхностных порах камня
 выделяются практически нерастворимые в воде фториды кальция и магния и кремнезем, уменьшая пористость и водопоглощение поверхностного слоя и несколько препятствуя загрязнению облицовки пылью. Некарбонатные пористые породы предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей, например хлористым кальцием, а после просушки — содой, затем флюатом.
Гидрофобизация, т. е. пропитка пористого каменного материала гидрофобными (водоотталкивающими) составами, препятствующими проникновению влаги в материал, также повышает их стойкость против выветривания. Хорошие результаты дает пропитка кремний-органическими жидкостями и другими полимерными материалами, а также растворами парафина, стеарина или металлических мыл (алюминиевого, цинкового и др.) в легкоиспаряющихся органических растворителях (бензине, лаковом керосине и т.д.).
Долговечность пористого камня значительно увеличивает пропитка его поверхностного слоя раствором мономера с последующей полимеризацией мономера в порах камня при термокаталитической или радиационной обработке.

Добыча блоков

При добыче блоков применяют буроклиновой, абразивный и термический способы. Буроклиновой способ используют при добыче очень твердых и прочных пород (гранита и других изверженных пород). Абразивный способ (распиливание) применяют при вырезке блоков из более мягких пород (мрамора, известняка, туфа). При термическом способе на разрабатываемую породу направляют высокотемпературную (свыше 2500 °С) газовую струю. Эта струя выбрасывается из камеры сгорания керосина в кислороде или бензина в воздушной среде со сверхзвуковой скоростью (около 2000 м/с) и разрушает породу.
Распиловку блоков на плиты производят чаще рамными пилами, реже канатными. В обоих случаях используют абразивный порошок (кварцевый песок, порошок из закаленной стали и др.), подаваемый вместе с водой под полотна пил (канатов), который собственно и осуществляет распиливание, либо применяют пилы, армированные твердосплавными или алмазными вставками.
Для обрезки плит и получения профилированных изделий (поясков, карнизов и т. п.) применяют фрезерные и профилирующие машины. Режущим элементом в этих машинах являются истирающие диски или профилирующие детали, изготовленные из особотвердых абразивов. Поверхностям плит и других каменных материалов придают ту или иную фактуру (рельеф поверхности). Для этого применяют ударную обработку твердых пород (скалывание их поверхности ударами) различными камнетесными инструментами или абразивную обработку (распиливание, шлифовку, полировку), а также термическую обработку.
Шлифованную, лощеную и зеркальную фактуры получают на специальных шлифовально-полировальных станках. Применение при шлифовке и полировке в качестве абразивного материала мелкого и пылевидного алмазов, как и при резании, резко увеличивает производительность станков, улучшает качество изделий и снижает их стоимость.

Добыча и обработка каменных материалов. Рыхлые,пористые,плотные горные породы

Рыхлые горные породы (песок, гравий, глину) добывают открытым способом, применяя одно- и многоковшовые экскаваторы или с помощью гидромеханизации. В последнем случае вода, подаваемая гидромонитором под большим давлением, размывает породу и далее из легко текучей смеси воды и породы (пульпы)в специально отведенных местах происходит осаждение песка или гравия и их сортировка.
Плотные горные породы, используемые для получения рваного бута, щебня или сырья для других строительных материалов, обычно разрабатывают взрывным способом.
Пористые породы (известняки-ракушечники, туфы), используемые для штучных стеновых камней и блоков, разрабатывают обычно специальными камнерезны-
ми машинами, основными режущими элементами которых являются дисковые пилы, имеющие на ободе резцы, армированные твердыми сплавами или алмазами. Для получения более крупных блоков применяют машины с бесконечными режущими цепями или машины, в которых диски заменены кольцевыми фрезами.
Разработка и обработка пород , предназначенных для облицовки, предусматривают следующие операции: отделение от массива блоков-полуфабрикатов крупных размеров (4...5 м); распиливание или раскалывание блоков на плиты или другие формы изделий; обработка кромок и поверхности изделий.

Жаростойкие и химически стойкие материалы и изделия

Жаростойкие и химически стойкие материалы и изделия применяют в виде камней правильной формы и фасонных плит (гладких и рифленых), щебня и песка для бетонов и растворов, а также тонкомолотых порошков для мастик, замазок, шпаклевок и т. п. Для материалов и изделий, работающих в условиях высоких температур, используют базальт, диабаз, андезит, туф, хромит. Для защиты конструкций зданий и аппаратов от кислот (кроме плавиковой и кремнефтористово-дородной) применяют изделия из гранита, сиенита, диорита, базальта, кремнистого песчаника, кварцита. Щелочную среду хорошо выдерживают плиты и камни из плотных известняков, доломитов, мраморов, магнези-тов и известковых песчаников. Важным условием службы каменных материалов в агрессивных средах является их высокая плотность. Для эксплуатации в таких условиях они должны иметь плотность и предел прочности при сжатии соответственно не менее 2300 кг/м3 и 30 МПа для осадочных пород и не менее 2400 кг/м3 и 100 МПа для магматических, коэффициент размягчения 0,8...0,9, кислото-стойкость не менее 93...95 %.

Бортовые камни, брусчатка и шашка

Бортовые камни изготовляют обколкой-и обтеской пород, причем верхнюю часть бортового камня, выступающую над дорожным покрытием, обтесывают чисто, а нижнюю— грубо. Стоимость таких камней выше, чем бетонных бортовых, но они значительно долговечнее. Эти камни разрешается применять взамен бетонных только при соответствующем технико-экономическом обосновании.
Брусчатку и шашку  изготовляют машинным  способом   (раскалыванием)   главным  образом из диабаза  и гранита и применяют  при устройстве мостовых, трамвайного полотна и т. п.

Стеновые камни и блоки, облицовочные материалы

Стеновые камни и блоки изготовляют из пористых известняков, вулканических туфов и других горных пород плотностью до 2100 кг/м3 и пределом прочности при сжатии 2,5...40 МГТа. Правильную геометрическую форму камней и блоков получают, как правило, выпиливая их из массива с помощью камнерезных машин;   значительно реже выпускают колотые штучные камни.
Облицовочные плиты, камни и профильные изделия изготовляют распиловкой или раскалыванием блоков горных пород с последующей их механической обработкой для придания правильной формы, размеров и получения определенной фактуры лицевой поверхности.
Плиты для наружной облицовки зданий, набережных, опор мостов, гидротехнических сооружений, для долговечных и декоративных полов общественных зданий с интенсивными людскими потоками изготовляют из плотных горных пород, в которых не допускаются трещины и содержание глинистых и других примесей.
Для внутренней облицовки применяют мраморы и мраморовидные -известняки, ангидрит и другие мягкие, хорошо распиливающиеся породы.
Толщина колотых  и тесаных    плит  для  облицовки стен—100...250 мм, пиленых—12...80 мм. Распиловка горных пород алмазными инструментами дает возможность изготовлять плиты толщиной менее 10 мм. Стоимость 1 м2 таких плит в 2...4 раза ниже, чем обычных. Пиленые плиты обладают большей атмосферостойко-стью, чем тесаные, так как удары при теске дробят кристаллы, создавая микротрещины. Из тех же горных пород изготовляют и профильные детали (цокольные плиты и камни, детали порталов, плинтусы, пояски,карнизы, подоконные и угловые плиты),а также элементы лестниц и площадок. Высокая долговечность облицовок из природного камня в 5...8 раз сокращает трудовые затраты на их эксплуатацию по сравнению со зданиями, отделанными цветными растворами и бетонами или покрашенными силикатными и известковыми красками.
Материалы и изделия для дорожного строительства изготовляют из магматических и осадочных горных пород, которые имеют высокую прочность, малое водопоглощение, хорошо сопротивляются ударным и истирающим воздействиям, морозостойких и незатронутых выветриванием.

Бутовой камень, щебень

Бутовый камень (бут)— куски камня размером 150...500 мм по наибольшему измерению. Рваный бут (неправильной формы) добывается преимущественно взрывным способом, а плитняковый (постелистый) получают из пород пластового залегания раскалыванием камнекольным инструментом. Из бута возводят плотины, подпорные стенки, фундаменты и стены неотапливаемых зданий. Вследствие неправильной формы камней бутовая кладка трудоемка и требует повышенного расхода раствора. В индустриальном строительстве ее заменяют сборными бетонными и железобетонными элементами. В связи с этим значительную часть добываемого бута перерабатывают в щебень или используют в бутобетонах (бетон с включением в его состав бутового камня).
Щебень— куски камня размером 5...70 мм (для гидротехнического строительства до 150 мм). Получают его дроблением из прочных и морозостойких горных пород. Встречается и природный щебень, называемый дресвой.

Виды каменных материалов

Каменные материалы разделяют по плотности: на тяжелые—плотностью более 1800 кг/м3 и легкие — менее 1800 кг/м3; по пределу прочности при сжатии (МПа)—на марки: для тяжелых — от 10 до 100, для легких — от 0,4 до 20; по морозостойкости — на марки: Мрз 15...500 (тяжелые) и Мрз 10...25 (легкие); по водостойкости— на группы с коэффициентом размягчения не ниже 0,6; 0,75; 0,9 и 1.
В зависимости от назначения и условий применения природные каменные материалы оценивают также по твердости, истираемости и сопротивлению ударным нагрузкам (например, дорожные материалы), стойкости против различных химических воздействий внешней среды и т. п.
По степени обработки различают каменные материалы: грубообработанные (бутовый камень, щебень, гравий, песок) и профилированные (пиленые штучные камни и блоки для стен; камни, плиты и профильные изделия для наружной и внутренней облицовки зданий и сооружений, полов; дорожного строительства и т.п.).

Гнейсы, глинистые сланцы, мраморы, кварциты.

В строительстве из метаморфических пород применяют гнейсы, глинистые сланцы, мраморы, кварциты.
Гнейсы по минеральному составу и свойствам сходны с породами гранитного типа, из которых они образовались. Из-за сланцеватого строения менее долговечны. В строительстве их чаще всего используют в виде бутовых плит для кладки фундаментов, устройства тротуаров, облицовки набережных, каналов.
Глинистые сланцы — типичные сланцевые метаморфические породы, образовавшиеся из глин; цвет черный или темно-серый. Глинистые сланцы не размокают в воде, стойки против выветривания, легко раскалываются на тонкие ровные плитки (3...10 мм), применяемые как кровельный материал (природный шифер).
Мраморы образовались в результате   видоизменения известняков (реже доломитов) и состоят из прочно сросшихся кристаллов кальцита, иногда с примесями зерен доломита, марганцевых, железистых и углеродистых соединений, придающих им различную окраску. При неравномерном распределении примесей мраморы имеют пеструю окраску с различными узорами, придающими камню декоративность. Мраморы отличаются   высокой плотностью — до 2900 кг/м3, малым водопоглощением — до 0,7 %, большой прочностью при сжатии — до 300 МПа, но обладают небольшой твердостью — 3. Мрамор хорошо шлифуется и полируется, распиливается на тонкие плиты. Его широко применяют для внутренней облицовки стен, изготовления ступеней, подоконных досок и других изделий. Разновидности мрамора, непригодные для штучных изделий, или отходы при обработке мрамора в виде крошки используют в качестве заполнителя для отделочных растворов и бетонов. Для наружной облицовки зданий большинство мраморов применять не рекомендуется, так как под влиянием атмосферных агентов (веды, сернистого газа, изменений температуры и др.) поверхность мрамора теряет декоративный вид и подвергается заметной коррозии (становится тусклой, шероховатой и более пористой).
Кварциты образовались в результате видоизменения кремнистых песчаников. Они имеют плотную структуру и состоят из перекристаллизованных зерен кварца, сцементированных кварцевым цементом. Окраска — белая, красная, темно-вишневая. Кварциты обладают высокой плотностью — около 2700 кг/м3, небольшим водопоглощением— менее 0,2%, значительной прочностью при сжатии — до 400 МПа, большой твердостью — 7 и долговечностью. Кварциты применяют для наружной облицовки повышенной стойкости, подферменных камней в мостах, иногда в виде щебня и бута, а также как сырье для изготовления динасовых огнеупоров.

Общие сведения о метаморфических породах

Метаморфические (видоизмененные) породы образуются в природе в результате изменения состава и строения осадочных и изверженных пород.   Процессы   метаморфизма проходят при повышенных температурах  без расплавления или растворения, при воздействии высоких давлений и сдвиговых деформаций. Такие условия возникают тогда, когда исходные породы в результате горообразовательных процессов могут переместиться с поверхности в глубь земной коры.   В   результате   может произойти перекристаллизация минералов, глубоко измениться строение, т. е. образоваться совершенно новые породы, более плотные и в большинстве случаев с ясно выраженной   кристаллической   структурой. Эти породы могут быть целиком видоизмененными (например, мрамор) или  с  заметным  содержанием   исходной  породы (мраморовидные известняки).
Минеральный состав метаморфических пород часто идентичен исходным магматическим или осадочным породам.
Текстура метаморфических пород может быть сланцеватой (гнейсы, глинистые сланцы) и массивной (мрамор и кварциты). Сланцеватое строение характерно для видоизмененных пород, образовавшихся в условиях одностороннего давления. Сланцеватость понижает строительные свойства метаморфических пород, в частности морозостойкость и прочность в направлении, параллельном сланцеватости, но придает им способность относительно легко раскалываться по плоскостям сланцеватости на более или менее тонкие слои. Массивная зернистая текстура характерна для пород, образовавшихся при многостороннем давлении, когда исходная осадочная порода в результате перекристаллизации и уплотнения становится монолитной, состоящей из тесно сросшихся кристаллических зерен. Такие породы отличаются очень высокой плотностью по сравнению с осадочными породами, из которых они образовались.



© 2018 Строительные материалы .ру