Илья Мельников
Природные каменные материалы

Введение

   Строительные материалы являются основой строительства. Для возведения зданий и сооружений требуется большое количество разнообразных строительных материалов, стоимость которых достигает почти 60 % всей стоимости строительно-монтажных работ. Промышленность строительных материалов представляет собой сложный комплекс специализированных отраслей производства, изготовляющих большое количество продукции.
   Качество строительных, в том числе и отделочных работ, зависит от тщательного выполнения их технологии, от того, насколько правильно применены строительные материалы. Знание возможностей и эффективности использования конкретных строительных материалов позволяет проектировать и возводить долговечные сооружения, удовлетворяющие современным техническим требованиям и эстетическим запросам. Виды строительных материалов и технология их изготовления изменялись вместе с развитием производственных сил и сменой производственных отношений в обществе. Простейшие материалы и примитивные технологии заменялись более совершенными, на смену ручному изготовлению пришло машинное.
   За тысячи лет до нашей эры в массовом строительстве использовали кирпич-сырец, в монументальных постройках – горный камень и лишь в конструкциях перекрытий и опор долгое время применяли дефицитное дерево. Так, для строительства в странах Востока в основном использовали, предварительно обработанную и для придания прочности смешанную с рубленой соломой, глину. Такой глиной обмазывали стены, из нее лепили крыши.
   Качество и долговечность сооружения существенно повышало применение высушенных или обожженных глиняных кирпичей. Со временем ассортимент строительных материалов расширялся и видоизменялся. Так, вместо традиционных мелкоштучных тяжелых материалов было организовано массовое производство относительно легких крупноразмерных строительных деталей и конструкций из сборного железобетона, гипса, бетонов с легкими заполнителями, ячеистых бетонов, бесцементных силикатных автоклавных бетонов и др. Широкое развитие получило производство гипсокартонных материалов улучшенного качества, звукопоглощающих и декоративных материалов, гидроизоляционных материалов и изделий. В современном строительстве расширяется использование эффективных видов металлопроката, изделий из древесины, керамических и неметаллических материалов.
   Быстрыми темпами развивается производство и применение в строительстве полимерных материалов различного назначения, пластмасс и смол. Создаются предприятия по выпуску теплоизоляционных материалов и легких заполнителей. Все больше в строительстве используется для наружной и внутренней отделки зданий стекло и изделия из него. Для этих целей изготавливают стекломрамор, цветное стекло, ситаллы, шлакоситаллы, мозаичные стеклянные плитки широкой цветовой гаммы. Растет выпуск и применение керамических облицовочных материалов за счет внедрения новых процессов декорирования, расширения гаммы цветных глазурей, создания рельефных рисунков и орнаментов. Увеличивается производство крупноразмерных плиток.
   Разнообразие конструктивных типов зданий и сооружений требует, чтобы сырье для производства строительных материалов было недорогим и пригодным для изготовления широкого диапазона изделий. Таким требованиям отвечают многие виды нерудного минерального сырья, занимающего по объему запасов значительное место среди полезных ископаемых, например, силикаты, алюмосиликаты и др. Добыча нерудного строительного сырья, залегающего в основном в верхней части осадочного покрова, является технологически несложной. По сравнению с другими обрабатывающими отраслями невысок и уровень затрат на переработку этого сырья из расчета на единицу массы готовой продукции.
   Наиболее эффективным является комплексное использование одного вида добываемого нерудного сырья для производства продукции различного назначения. Это подтверждается, например, внедрением метода переработки нефелинового сырья в глинозем для получения алюминия, содопродуктов и цемента. Значительный эффект дает и комплексная переработка сланцев в бензин, фенолы, цемент и серу. Промышленная отрасль производства строительных материалов является единственной отраслью, которая не множит, а потребляет промышленные отходы, такие как зола, шлаки, древесные и металлические отходы для получения изделий различного назначения. При изготовлении строительных материалов используют также побочные продукты – глину, щебень, песок и др., полученные при добыче руд и угля. Комплексное использование сырья является безотходной технологией. Эта технология позволяет осуществить природоохранные мероприятия и многократно увеличить эффективность производства.
   Постоянно возрастающий объем строительства, все возрастающие требования к его качеству требуют от строителей разных специальностей высококвалифицированного подхода, высокого уровня теоретических знаний и профессиональной подготовки, а также умелого сочетания их в повседневной работе.
   Целью книги является ознакомление специалистов в области строительства с основными строительными материалами, их многогранными свойствами и характеристиками, технологией изготовления, а также опытом использования для применения в практических делах. Материал изложен на базе последних достижений в сфере технологии изготовления строительных материалов и изделий, освещены основные направления их совершенствования.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

   В настоящее время с возрастанием экономического потенциала страны строительству и строительным материалам уделяется очень много внимания. Современное строительство характеризуется высоким развитием научно-технической базы, обеспечивающей быстрый рост разработки новых эффективных строительных материалов, совершенствования технологии их производства, стремлением перенести значительную часть строительных процессов в условия производства, что позволяет значительно облегчить и улучшить условия труда, сократить его затраты и снизить стоимость продукции. Чем шире ассортимент, выше качество и ниже стоимость строительных материалов, тем успешнее осуществляется строительство. В процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений строительные материалы, изделия и конструкции, из которых они возводятся, подвергаются различным физико-механическим, технологическим и химическим воздействиям. Поэтому от специалиста требуется умение со знанием дела правильно выбирать строительные материалы, изделия или конструкции, обладающие достаточной стойкостью, надежностью и долговечностью в конкретных условиях эксплуатации. Для этого необходимы специальные знания используемых материалов и изделий, перечень контролируемых свойств, их показатели, виды и классификации выпускаемой продукции.
   Чтобы легче разобраться в многообразии материалов, применяемых в строительстве, их классифицируют (разделяют) на группы, обладающие одним общим признаком. В основном применяют классификацию по технологическому признаку. В основу такой классификации положены вид сырья, из которого изготовляют материалы и производственная технология, обеспечивающая получение материала. Строительные материалы классифицируют:
   – по назначению (отделочные, конструкционные, гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические, герметизирующие, антикоррозионные);
   – по виду материала (древесные, каменные, полимерные, металлические, стеклянные, керамические и др.);
   – по способу получения (природные и искусственные).
   Природные строительные материалы добывают в местах их естественного образования (горные породы), или роста (древесина). Состав и свойства этих материалов в основном зависят от происхождения исходных пород и способа их обработки и переработки.
   Искусственные строительные материалы изготавливают из природного минерального и органического сырья (песка, глины, нефти, газа, известняка и т.д.) и промышленных отходов (шлаков, золы и др.) по специальной технологии. Полученные искусственные материалы приобретают новые свойства, отличные от свойств исходного сырья.
   Возможность использования материалов в строительных конструкциях и изделиях в значительной степени определяется его свойствам. Свойства материалов определяются составом и структурой материала. Структуру материала изучают на микроуровне при помощи микроскопов и на макроуровне – визуально.
   Микроструктура зависит от состава и может быть нестабильной, оцениваемой по вязкости и пластичности (лакокрасочные материалы, цементное тесто). Со временем она переходит в более устойчивую структуру: аморфную (стекло), характеризующуюся однородностью и хаотичным расположением молекул, или стабильную – кристаллическую (металлы, камень).
   Кристаллическая структура представляет собой кристаллическую решетку со строго определенным расположением атомов. Одним из основных показателей кристаллических решеток является прочность. На свойства материалов большое влияние оказывают форма, размеры и расположение кристаллов. Мелкокристаллические более однородны и стойки к внешним воздействиям. Крупнокристаллические материалы, например металлы, имеют большую прочность. Слоистое расположение кристаллов, как у сланцев, обеспечивает легкое раскалывание по плоскостям, что используется при получении отделочных плиточных материалов.
   Микроструктуру искусственно полученных материалов можно целенаправленно регулировать в зависимости от задаваемых свойств и назначений изделий.
   Макроструктура материала зависит от технологии получения материала и сырья. Так, стекло обладает плотной макроструктурой, пеносиликат – ячеистой, пластики – слоистой, песок и гравий – рыхлозернистой. Однако, имея одно и то же основное исходное сырье, например, глину, и изменяя технологию, можно получить облицовочные плитки плотной структуры, стеновой мелкопористый кирпич и теплоизоляционный ячеистый материал – керамзит.
   Свойства материалов условно разделяют на физические, механические, химические и технологические.
   Физические свойства характеризуют вещество и структуру материала, а также его способность реагировать на внешние воздействия, не вызывающие изменения химического состава и структуры материала. Основными из них являются:
   – общефизические свойства: плотность (истинная, средняя, насыпная), объемная масса, относительная плотность, пористость (общая, открытая, замкнутая);
   – гидрофизические свойства: влагоотдача, водопоглощение, морозостойкость, воздухостойкость, гигроскопичность, гидрофобность, гидрофильность, межзерновая пустотность, гидрофобность, влажность, водонепроницаемость, водостойкость, фильтрационная способность (водопроницаемость);
   – теплофизические свойства: теплопроводность, теплоемкость, термостойкость, жаростойкость, огнеупорность, огнестойкость;
   – акустические свойства: звукопоглощение, звукоизоляция, виброизоляция, вибропоглощение;
   – механические свойства: предел прочности на сжатие, растяжение, изгиб, твердость, износ, сопротивление удару, упругость, истираемость;
   – химические свойства: коррозионная стойкость, химическая активность, растворимость, кристаллизация;
   – технологические свойства: вязкость, пластичность, ковкость, свариваемость, гвоздимость, набухание и усадка, хрупкость и др.
   Кроме того, физические свойства включают и механические свойства, которые характеризуют поведение материала при действии на него различных нагрузок. К механическим свойствам относятся: сопротивление материала сжатию, растяжению, изгибу, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Физические свойства строительных материалов

   Плотность. Плотность может быть истинной, средней, насыпной, относительной. Под истинной плотностью (кг/м куб.) понимают массу единицы объема абсолютно плотного материала без трещин, пор и пустот. Истинная плотность (кг/м куб.) для основных строительных материалов следующая: сталь, чугун 7800…7900; портландцемент 2900…3100; гранит 2700…2800; песок кварцевый 2600…2700; кирпич керамический 2500…2800; стекло 2500…3000; известняк 2400…2600; древесина 1500…1600.
   Средняя плотность – это масса единицы объема материла или изделия в естественном состоянии, то есть с пустотами и порами. Средняя плотность одного и того же материала может быть разной в зависимости от пористости и пустотности. Сыпучие материалы (цемент, щебень, песок и др.) характеризуются насыпной плотностью – отношением массы зернистых и порошкообразных материалов в свободном без уплотнения насыпном состоянии ко всему занимаемому ими объему, включая пространство между частицами.
   От плотности материала в значительной степени зависят его прочность, теплопроводность и другие свойства. Этими данными пользуются при определении толщины ограждающих конструкций отапливаемых зданий, размера строительных конструкций, расчетах транспортных средств и др. Значения средней плотности строительных материалов находятся в широких пределах.
   Средняя плотность (кг/м куб.) для некоторых строительных материалов следующая: сталь – 7800…7850; гранит – 2600…2800; бетон тяжелый – 1800…2500; кирпич керамический – 1600…1800; песок – 1450…1650; вода – 1000; бетон легкий – 500…1800; керамзит – 300…900; сосна – 500…600; минеральная вата – 200…400; поропласты – 20…100.
   Плотность материала зависит от его пористости и влажности. С увеличением влажности плотность материала увеличивается.
   Относительная плотность – это степень заполнения веществом объема материала. Относительную плотность выражают отвлеченным числом или в процентах.
   Пористость. Пористость материала характеризует объем, занимаемый в нем порами – мелкими ячейками, заполненными воздухом. Мелкие поры, заполненные воздухом, придают строительным материалам теплоизоляционные свойства. По величине пористости можно судить о примерной прочности, плотности, водопоглощении, долговечности и др. Для конструкций, от которых требуется высокая прочность или водонепроницаемость, используют плотные материалы, для стен зданий используют материалы со значительной пористостью. Такие материалы обладают хорошими теплоизоляционными и звукопоглощающими свойствами.
   Для рыхлых материалов при расчетах учитывают насыпную объемную массу. Пористость и относительная плотность в значительной степени определяют эксплуатационные качества материалов (прочность, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность). Значение показателя пористости строительных материалов колеблется от 0 (стекло, сталь) до 90 % (минеральная вата).
   Пустотность. Пустотность представляет собой количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпного материала. Выражается в процентах по отношению ко всему занимаемому объему. Этот показатель важен для керамзита, песка, щебня при изготовлении бетона. В некоторых строительных материалах (кирпич, панели) имеются полости, также образующие пустоты. Пустотность пустотелого кирпича составляет от 15 до 50 %, песка и щебня – 35…45 %.

Гидрофизические свойства материалов

   Гигроскопичность. Гигроскопичность представляет собой свойство материала поглощать водяные пары из воздуха и удерживать их на своей поверхности. Она зависит от вида, количества и размера пор, от природы материала, от температуры воздуха и его относительной влажности. Когда влажность снижается, часть гигроскопичной влаги испаряется. Чем мельче поры, тем больше общая площадь поверхности, и следовательно, выше гигроскопичность. Материалы, притягивающие своей поверхностью воду, называют гидрофильными; материалы, отталкивающие воду называют гидрофобными.
   Водопоглощение. Водопоглощение является способностью материала впитывать и удерживать воду. Величина водопоглощения характеризуется разностью между массой образца, насыщенного водой и массой сухого образца. Водопоглощение строительных материалов изменяется в зависимости от объема пор, их размеров и вида. Различают объемное водопоглощение, когда указанная разность отнесена к объему образца, и массовое водопоглощение, когда эта разность отнесена к массе сухого образца.
   Массовое водопоглощение различных материалов колеблется в широких пределах. Так, массовое поглощение обыкновенного кирпича составляет от 8 до 20 %, бетона – 2 – 3 %, торфоплит – 100 % и больше. Вода, попавшая в поры материала, увеличивает его объемную массу и теплопроводность, уменьшает морозостойкость и прочность. Некоторые материалы, в частности, затвердевшие глиняные растворы, разрушаются в воде.
   Водопроницаемость. Водопроницаемость является свойством материала, характеризующим его способность пропускать воду под давлением. Она характеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 м кв. площади испытуемого материала при давлении 1 МПа. Это свойство учитывают при строительстве дамб, мостов, плотин и других гидротехнических сооружений. Сталь, стекло, большинство пластмасс, битум и другие плотные материалы водонепроницаемы.
   Влагоотдача. Влагоотдача представляет собой способность материала отдавать влагу при снижении влажности воздуха. Скорость влагоотдачи зависит от разности между влажностью материала и относительной влажностью воздуха. Чем разность больше, тем интенсивнее происходит высушивание. На влагоотдачу влияют свойства самого материала, характер его пористости, природа вещества. Материалы с крупными порами, а также гидрофобные материалы легче отдают воду, чем гидрофильные и мелкопористые. Влагоотдача строительного материала в естественных условиях характеризуется интенсивностью потери влаги при относительной влажности воздуха 60 % и температуре 20 0С.
   Воздухостойкость. Воздухостойкостью называется способность материала длительно выдерживать многократное увлажнение и высушивание без деформаций и потери механической прочности. Бетон, керамика и другие природные и искусственные каменные материалы, а также надводные части гидросооружений, дорожные покрытия, сжимающиеся при высыхании и расширяющиеся при увлажнении, разрушаются из-за возникновения растягивающих напряжений.

Теплофизические свойства

   Теплопроводность материала. Теплопроводностью называют свойство материала пропускать тепло через свою толщину. Теплопроводность материала принято характеризовать величиной коэффициента теплопроводности. Этот коэффициент показывает количество тепла в килокалориях, проходящего за 1 ч через 1 м кв. материала толщиной 1 м при разности температур на ее противоположных поверхностях в 1 0С. Как правило, коэффициент теплопроводности выше для плотных материалов и ниже для пористых. Влажность материала резко (до 10 раз) увеличивает его теплопроводность, что объясняется значительной теплопроводностью воды. Когда влажные материалы замерзают, их теплопроводность возрастает еще значительнее.
   Морозостойкость. Под морозостойкостью понимают способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения, то есть не образуя трещин, выкрашивания, расслаивания, не теряя значительно прочности и массы. Вода, находящаяся в порах материала, превратившись в лед, увеличивается в объеме примерно на 10 %. При этом в материале возникают большие внутренние напряжения, которые постепенно его разрушают. Способность материала противостоять морозному разрушению зависит от присутствия в его структуре определенного объема замкнутых пор, в которые под давлением растущих кристаллов льда вода отжимается.
   Морозостойкость материала в строительстве количественно оценивается маркой F – числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдерживают образцы без снижения прочности на 5…25 % и массы на 3…5 % в зависимости от назначения материала. По морозостойкости установлены следующие марки: тяжелый бетон – F50…F500, легкий бетон – F25…F500, стеновые керамические камни, кирпич – F15…F100.
   Морозостойкими являются плотные или с малым водопоглощением (до 0,5 %) материалы. Морозостойкость характеризуется количеством циклов попеременного замораживания материала до температуры – 15 0С и оттаивания его в воде при температуре 20 0С. Прочность материала в результате этого понизиться не должна более чем на 20 %, а потеря массы – превысить 5 %.
   Огнестойкость. Огнестойкость является способностью материала выдерживать, не разрушаясь, воздействие огня и воды в условиях пожара. К строительным материалам (стены, перекрытия, колонны и др.) предъявляют требования по огнестойкости, которые зависят от категории здания по пожаробезопасности. Огнестойкость оценивают по показателю возгораемости. Этот показатель основан на нескольких признаках предельного состояния: потере несущей способности, которая выражается в снижении прочности и увеличении деформаций, а также теплоизолирующих свойств и сплошности.
   Предел огнестойкости материалов и конструкций характеризуется временем, выраженном в часах с начала теплового воздействия и до появления одного из признаков предельного состояния. По степени огнестойкости различают сгораемые, трудносгораемые и несгораемые материалы.
   Сгораемыми называют материалы, которые под действием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня (например, древесина, рубероид).
   Трудносгораемыми являются материалы, способные гореть, тлеть и обугливаться только при непосредственном действии на них источника огня или высокой температуры и прекращающие гореть после удаления этого источника (например, фибролит).
   Несгораемыми считаются материалы, которые не воспламеняются под действием огня или высокой температуры, а только разрушаются. К ним относятся бетоны, строительные растворы, кирпич, стеклянные и керамические плитки.
   Огнеупорность является свойством материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. По степени огнеупорности строительные материалы подразделяют на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. К огнеупорным относятся материалы, выдерживающие продолжительное воздействие температуры от 1580 0С и выше. Тугоплавкие выдерживают температуру 1350 – 1580 0С, огнеупорность легкоплавких материалов ниже 1350 0С.
   Жаростойкость. Жаростойкость – это способность материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры – теплосмен. Теплосмены являются единицей измерения этого свойства.

Механические свойства строительных материалов

   Прочность. Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под влиянием внутренних напряжений, возникающих в результате действия на материал внешних нагрузок или других факторов. В построенном здании почти все конструкции испытывают нагрузки (вес частей здания, вес оборудования, вес мебели и др.), вследствие чего в материалах конструкций возникают напряжения, противодействующие внешним силам.
   Основными показателями, характеризующими прочность материала, являются сопротивление сжатию, растяжению, изгибу. Прочность материала при сжатии и растяжении характеризуется его пределом прочности. Предел прочности, или временное сопротивление, – напряжение в материале образца, соответствующее нагрузке, при которой он разрушается.
   Предел прочности различных материалов при сжатии и растяжении меняется в широких пределах – от 0,5 до 1000 МПа и более. Для многих материалов предел прочности при сжатии резко отличается от предела прочности при растяжении. Одинаково хорошо сопротивляются сжатию и растяжению такие материалы, как сталь, древесина. Плохо сопротивляются растяжению каменные материалы: природный камень, кирпич, бетон и т.п.
   Примером прочности конструкции при изгибе может служить мост, доска через канаву, а также балка, на которую опираются плиты перекрытия, стропила крыши.
   Твердость. Твердость – это способность материалов сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела. Твердость не всегда соответствует прочности материала. Существуют несколько способов определения твердости. Например, твердость каменных материалов оценивают шкалой Мооса, состоящей из десяти минералов, расположенных по степени возрастания их твердости. Показатель твердости испытуемого материала находится между показателями твердости двух соседних минералов, из которых один чертит, а другой сам чертится этим материалом.

Шкала твердости Мооса

   1 Тальк или мел (легко чертится ногтем).
   2 Гипс или каменная соль (чертится ногтем).
   3 Кальцит или ангидрит (легко чертится стальным ножом).
   4 Плавиковый шпат (чертится стальным ножом под небольшим нажимом).
   5 Апатит (сталь) (чертится стальным ножом под большим нажимом).
   6 Полевой шпат (слегка царапает стекло, стальным ножом не чертится).
   7 Кварц (легко чертит стекло, стальным ножом не чертится).
   8 Топаз.
   9 Корунд.
   10 Алмаз.
   Износ. Износ – это разрушение материала при совместном действии истирания и удара. Прочность при износе оценивается потерей в массе, выраженной в процентах. Износу подвергаются материалы дорожных покрытий, полов промышленных предприятий, аэродромов и др.
   Сопротивление удару. Сопротивление удару имеет большое значение для материалов, применяемых в дорожных покрытиях и полах. Испытание материалов на удар производят на специальном приборе – копре.

Технологические свойства строительных материалов

   Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться тому или иному виду обработки. Так, древесина хорошо обрабатывается инструментами. Технологические свойства некоторых полимерных материалов включают способность сверлиться, обтачиваться, свариваться, склеиваться. Глиняные, бетонные и иные смеси обладают пластичностью, вязкостью, которые обеспечивают заполнение определенного объема.
   Вязкость. Вязкость – это сопротивление жидкости передвижению одного ее слоя относительно другого. Когда какой-либо слой жидкости приводится в движение, то соседние слои также вовлекаются в движение и оказывают ему сопротивление, величина которого зависит от температуры и вещественного состава. Вязкостные свойства важны при использовании органических вяжущих веществ, природных и синтетических полимеров, красочных составов, масел, клеев. При нагревании вязкость этих материалов снижается, при охлаждении – повышается.
   Упругость. Упругость является свойством материала восстанавливать после снятия нагрузки свою первоначальную форму и размеры. Пределом упругости считается напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают некоторой очень малой величины.
   Пластичность – способность материала деформироваться без разрыва сплошности под влиянием внешнего механического воздействия и сохранять полученную форму, когда действие внешней силы закончится. Все материалы делятся на пластичные и хрупкие. К пластичным относят сталь, медь, глиняное тесто, нагретый битум и др.

Акустические свойства строительных материалов

   Акустические свойства проявляются при действии звука на материал. Акустические материалы по назначению могут быть звукопоглощающие, звукоизолирующие, вибропоглощающие и виброизолирующие.
   Звукопоглощающие материалы. Звукопоглощающие материалы предназначены для поглощения шумового звука. Их акустической характеристикой является величина коэффициента звукопоглощения, равная отношению количества поглощенной материалом звуковой энергии к общему количеству звуковой энергии, падающей на поверхность материала в единицу времени. Как правило, такие материалы имеют большую пористость или шероховатую, рельефную поверхность, поглощающую звук. Строительные материалы, у которых коэффициент звукопоглощения выше 0,2, называют звукопоглощающими.
   Звукоизолирующие материалы. Звукоизолирующие материалы применяют для ослабления ударного звука, передающегося через строительные конструкции здания из одного помещения в другое. Звукоизоляционные материалы оценивают по двум показателям: относительной сжимаемости под нагрузкой в процентах и динамическому модулю упругости.
   Вибропоглощающие и виброизолирующие материалы предназначены для предотвращения передачи вибрации от машин и механизмов к строительным конструкциям.
   Ниже приводятся некоторые свойства строительных материалов.

Химические свойства строительных материалов

   Химические свойства характеризуют способность материалов реагировать на внешние воздействия, ведущие к изменению химической структуры, а также воздействовать в этом отношении на другие материалы. Основные химические свойства: растворимость и стойкость к коррозии (кислотостойкость, щелочестойкость, газостойкость).
   Растворимость. Растворимость – это способность материала растворяться в жидких растворителях: воде, керосине, бензине, масле и других, образовывая новые растворы. Растворимость зависит от химического состава веществ, давления и температуры. Показателем растворимости является произведение растворимости, представляющее собой предельное содержание растворенного вещества в граммах на 100 мл раствора при нормальном давлении и заданной температуре.
   Стойкость к коррозии. Стойкость к коррозии является свойством материала сохранять свои качества в условиях агрессивной среды. Такой средой могут быть вода, газы, растворы солей, щелочей, кислот, органические растворители, а также биологические организмы (бактерии, водоросли и т.п.). Древесина, пластмассы, битумы и некоторые другие органические материалы при обычных температурах относительно стойки к действию кислот и щелочей средней и слабой концентрации.
   Адгезия. Адгезия представляет собой соединение, сцепление твердых и жидких материалов по поверхности. Это свойство обусловлено межмолекулярным взаимодействием. Адгезионные силы сцепления очень важны при получении строительных материалов, состоящих из многих компонентов, например железобетон.
   Кристаллизация. Кристаллизия представляет собой процесс образования кристаллов из паров, растворов, расплавов при электролизе и химических реакциях, который сопровождается выделением тепла.
   Долговечность. Долговечность представляет собой способность материала сопротивляться комплексному действию атмосферных и других факторов в условиях эксплуатации. Старение – это процесс постепенного изменения, ухудшения свойств материалов в условиях эксплуатации.
   Знание этих и других свойств позволяет сравнивать материалы между собой и определять область их применения с учетом технико-экономической целесообразности. Так, в условиях эксплуатации гидротехнических сооружений строительные материалы, изделия и конструкции, из которых они построены, подвергаются периодическому или постоянному воздействию воды и агрессивных сред, поэтому к ним предъявляются повышенные требования по водостойкости, морозостойкости, водонепроницаемости, корроизонной стойкости и др.
   Многие материалы под влиянием водопоглощения ярко проявляют повышенные пластические свойства. Практика строительства показывает, что выбор технически целесообразного материала обосновывают не только его прочностные характеристики, но стойкость к воздействию внешней среды, в которой работает конструкция. Обычно эта стойкость материала во времени (долговечность) неразрывно связана с его химическими и физико-химическими свойствами. Физико-химические в свою очередь тесно связаны со структурой материала и зависят от ее изменения под влиянием внешних и внутренних факторов.
   Вследствие проникновения химических реагентов из внешней среды внутренние химические реакции с образованием новых соединений могут значительным образом отразиться на структуре. Изменение структуры (микроструктуры и макроструктуры) в первый период может привести к псевдоупрочнению, а в дальнейшем – к сокращению долговечности материала. Применяемый в строительстве материал обычно подвергают технологической обработке. Cпособность поддаваться такой обработке является порой решающим показателем при выборе материала. Так, при массовой заготовке щебня для бетонных работ учитывается способность горной породы дробиться без образования плоских щебенок, поэтому при выборе материалов всегда учитывают его способность реагировать на отдельные или взятые в совокупности следующие факторы: физические, механические, внешнюю среду, температуру и ее колебания, химические реагенты, технологические операции и т.д. Эта способность материала реагировать на указанные факторы определяется его свойствами.
   Оценить технические свойства и сравнить материалы между собой возможно по показателям, которые получают при испытании материалов в полевых, производственных или лабораторных условиях. Полученные знания основных технических свойств строительных материалов и изделий дают возможность рационально их использовать в строительстве. Например, по известным значениям истинной и средней плотности строительных материалов можно рассчитать, какой плотностью (или пористостью) обладают эти материалы, и составить достаточно полное представление о прочности, теплопроводности, водопоглощении и других важных характеристиках строительных материалов, чтобы в дальнейшем на этом основании решать вопрос об их применении в тех или иных сооружениях и конструкциях.
   Для расчета нагрузок при определении массы сооружений для транспортных расчетов и выбора емкости складских помещений необходимо знать величину средней плотности строительных материалов. Без данных о прочности применяемых материалов невозможны расчеты прочности и устойчивости сооружений и конструкций. Прогноз их долговечности невозможен без знания таких свойств материала, как отношение к влаге, воздействию окружающей среды, смене температур и др.
   Свойства материалов не остаются постоянными, а изменяются во времени в результате механических, физико-химических и биохимических воздействий среды, в которой эксплуатируется строительная конструкция или изделие. Эти изменения могут протекать и медленно (разрушение горных пород), и быстро (вымывание из бетона растворимых веществ). Следовательно, каждый материал должен обладать не только свойствами, позволяющими применять его по назначению, но и определенной стойкостью, обеспечивающей долговечную эксплуатацию изделия или конструкции.
   Знание основных свойств строительных материалов необходимо также для выполнения расчетов, позволяющих оценить их качество, соответствие техническим требованиям, возможность применения в конкретных условиях эксплуатации.
   Употребляемые в строительстве материалы должны удовлетворять определенным требованиям, которые устанавливаются государственными стандартами (ГОСТами). В строительстве соответствие поступающих материалов требованиям ГОСТа проверяют специальные лаборатории.
   Любой вид продукции обладает определенными свойствами, представляющими интерес для потребителей. Для строительных материалов важны такие качества, как прочность, плотность, теплопроводность, морозостойкость, стойкость по отношению к действию воды, агрессивных сред и др. Качеством называется сумма свойств, определяющих пригодность материала и изделия для использования по назначению. Так, для кровельных материалов оценка их качества производится по сумме таких свойств, как водостойкость, водонепроницаемость, термостойкость, прочность на изгиб, атмосферостойкость и др.
   Контроль качества строительных материалов и изделий проводят по разработанным нормам, требованиям и правилам. В зависимости от контролируемого производственного этапа различают контроль входной, технологический и приемочный.
   Входной контроль включает проверку соответствия поступающих материалов и изделий установленным требованиям. Например, на предприятиях сборного железобетона проверяют качество поступающих исходных материалов: заполнителей и цемента для бетона, арматурной стали, закладных деталей, отделочных и других материалов.
   Технологический контроль состоит в проверке соответствия установленным требованиям температуры, давления, времени выдерживания, тщательности перемешивания и других показателей технологического процесса.
   Приемочный контроль заключается в проверке соответствия готовых изделий требованиям стандартов или технических условий.
   Все материалы и изделия выпускают по государственным и межгосударственным стандартам – ГОСТ, СТ СЭВ, ИСО, СТБ, СНБ. Деятельность стандартизации существует для повышения качества продукции, безопасности ее получения и безопасности. Методы испытаний также стандартизированы. Кроме этого, в строительстве существуют «Строительные нормы» и «Технические нормативные правовые акты», представляющие собой объединенные нормативные документы по проектированию, строительству и строительным материалам.

ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

   Природные каменные материалы, искусственные строительные материалы (керамические, металлические, материалы на основе минеральных расплавов, а также материалы на основе минеральных вяжущих веществ) относятся к неорганическим строительным материалам.
   Природные каменные материалы и изделия получают из различных горных пород, которые подразделяют на изверженные, осадочные и метафорические.
   В современном строительстве из природного камня путем механической обработки получают стеновые и фундаментные блоки для возведения различных по назначению сооружений, бордюрный камень для ограждения дорог, облицовочные плиты для внутренней и наружной отделки зданий, монументальный камень для изготовления колонн и крупных архитектурных деталей.
   Каменная облицовка повышает долговечность зданий и избавляет от необходимости ремонта наружных стен на многие десятилетия. Применяя более сложные технологии из горных пород, получают каменное литье и минеральную вату. Горные породы, состоящие из минералов и имеющие относительно постоянный состав и свойства, служат основным сырьем для получения минеральных вяжущих веществ. Так, известняк служит для получения извести, известняк и глина – для получения портландцемента. Получают из горных пород и искусственные материалы: глина служит для получения керамических изделий, кварцевый песок – стекла, железосодержащие руды – металлов.
   Основные свойства горных пород, а также применение в строительстве, зависят от их состава и структуры. По условиям образования горные породы разделяют на несколько основных групп: изверженные (магматичные); осадочные; метафорические (видоизмененные).
   Изверженные горные породы образовались из расплавленной магмы, поднявшейся из глубины земной коры и отвердевшей при остывании. В зависимости от скорости и места охлаждения магмы в свою очередь могут быть глубинными или излившимися.
   Глубинные горные породы. Глубинные породы остывали медленно, под значительным давлением толщи земной коры. Эти условия обеспечили полную кристаллизацию составляющих минералов. Поэтому такие породы имеют крупнокристаллическую структуру, высокие плотность и прочность на сжатие, морозостойкость, низкое водопоглощение, большую теплопроводность. В конструкциях зданий и сооружений учитываются эти свойства, а также степень долговечности каменных пород, которая составляет:
   – для высокодолговечных (кварциты, граниты мелкозернитстые) – около 500 – 700 лет;
   – для долговечных (граниты крупнозернистые, габбро, лабрадориты, сиениты) – 200 – 300 лет;
   – для относительно долговечных (белый мрамор, известняки, плотные песчаники, доломиты) – 100 – 150 лет;
   – для недолговечных (цветные мраморы, травертины, туфы, пористые известняки) – до 50 – 80 лет.
   К глубинным горным породам относятся гранит, сиенит, габбро, диорит и др.
   Гранит. Граниты являются самыми распространенными магматическими породами на планете. Залегают в земной коре в виде обширных монолитных масс круглых и вытянутых форм размерами до сотен километров или в виде отдельных глыб разных размеров. Минералогический состав гранитов: полевой шпат – 50 – 70 %, кварц – 20 – 40 %, слюда – 5 – 15 %. Они имеют зернисто-кристаллическое строение, обеспечивают высокую прочность на истирание. Прочность зависит от структуры гранитов и содержания в них полевого шпата, кварца, слюды. Особенно прочны граниты, в которых зерна кварца соединены между собой так, чтобы образуют общий остов породы; в других видах гранита эти зерна являются изолированными вкраплениями среди других минералов. На прочность гранита влияют также и размеры его зерен. Более прочны мелкозернистые и среднезернистые структуры.
   Огнестойкость гранитов ограничена, так как при высоких температурах входящие в его состав кварц и слюда увеличиваются в объеме, вызывая растрескивание камня. На декоративные качества гранита влияют его цвет, текстура и структура. Цвет гранита зависит от цвета входящего в его состав полевого шпата. Как правило, он бывает серым, голубовато-серым, но может быть и темно-красным, и даже зеленым. Граниты хорошо обрабатываются: обтесываются, шлифуются, полируются.
   Гранитные плиты используют для облицовки следующих частей зданий: цоколи, наружные лестницы, порталы, горизонтальные плиты парапетов, крыльца, стены, пол и др. Гранитами облицовывают набережные, гидротехнические сооружения, а также фундаменты монументальных сооружений. Для зданий, рассчитанных на долгий срок службы, используют гранит, имеющий однородную мелкозернистую структуру, что способствует его долговечности. Из гранита изготовляют также бордюрные камни. Щебень используют для высокопрочных бетонов.
   Сиенит. Сиенит представляет собой горную породу, которая в отличие от гранита не содержит в минералогическом составе кварца. По своему внешнему виду и физико-механическим свойствам сиенит близок к гранитам. Цвет сиенита – белый, светло-серый, розовый, красный. Хорошо различается зернистость его структуры. Несмотря на отсутствие кварца, прочность сиенита высокая, однако долговечность ниже, чем у гранита. В связи с отсутствием в сиените кварца он легче, чем гранит, подвергается обработке. Сиениты, содержащие небольшое количество кварца, называются граносиенитами. Они используются для облицовки зданий, но больше всего как щебень для бетона.
   Габбро. Габбро представляет собой крупнозернистую горную породу. Обычные габбро содержат около 40 % цветного минерала. Цвет габбро в большинстве случаев темно-серый, черный или темно-зеленый с различными оттенками. Структура зерен может быть как крупнозернистой, так и равномернозернистой. Габбро залегают иногда большими массивами. Устойчивый к выветриванию камень используют в качестве облицовочных плит, для декоративной облицовки цокольных этажей зданий, для покрытия дорог, получения высокопрочного щебня для тяжелых и дорожных бетонов. Одной из разновидностей габбровых пород является лабрадорит, имеющий серую и черную окраску с красивыми мерцающими вкраплениями в синих и зеленых тонах. Лабрадорит как наиболее красивый отделочный камень используют для особо ценных облицовок. Габбро и лабрадориты в трудны в обработке, но хорошо полируются.
   Диорит. Диорит представляет собой крупнокристаллическую горную породу, которая обладает повышенной ударной вязкостью и устойчивостью к выветриванию. Диорит хорошо полируется. Эти свойства позволяют использовать диориты в качестве материалов, противодействующих различным вибрационным воздействиям, например, для фундаментов мостовых сооружений. По строительным свойствам диорит не уступает граниту, его применяют при облицовочных работах и в дорожном строительстве.

Излившиеся горные породы

   Излившиеся горные породы образовались при быстром остывании магмы. В случае отвердевания у поверхности земли породы близки по своим свойствам к глубинным, но в отличие от них имеют мелкокристаллическую, скрытокристаллическую или частично стекловатую, аморфную структуру. К плотным породам относят андезиты, диабазы и базальты, отличающиеся высокой кислотостойкостью.
   При быстром охлаждении лавы, выброшенной под давлением газов на поверхность земли или высоко в воздух, образуются соответственно высокопористая вулканическая пемза или рыхлый вулканический пепел, который с течением времени спрессовывается и образует вулканический туф.
   Андезит. Андезиты обладают повышенной выветриваемостью, поэтому в зависимости от возраста могут быть плотной породой со средней плотностью 2700…3100 кг/м куб. или относительно пористыми – со средней плотностью до 2500 кг/м куб. Плотные андезиты применяют в качестве дорожного камня в виде кислотоупорных облицовочных плит, щебня для кислотоупорных бетонов и тонкомолотого наполнителя для изготовления кислотостойких мастик и специального кислотостойкого цемента. Пористые разновидности идут на изготовление стенового материала в виде блоков и мелкоштучных камней.
   Диабаз. Диабазы имеют скрытокристаллическую структуру, обладают высокой прочностью, большой ударной вязкостью, малой истираемостью, способностью раскалываться на куски сравнительно правильной формы. Используют диабаз для изготовления дорожных материалов, щебня для бетона, облицовочных плит. Кроме этого, диабаз применяют в качестве сырья для получения кислотоупорных изделий – каменного литья.
   Базальт. Базальт представляет собой плотную тяжелую породу, имеющую скрытокристаллическое или аморфное строение. Большая твердость и хрупкость базальтов затрудняет их обработку. Эта горная порода обладает кислотоупорными и электроизоляционными свойствами, а также является ценным сырьем для получения кислотостойкого каменного литья в виде облицовочных плит и труб. Используя специальную технологию, из базальта получают каменную вату.
   Пемза. Вулканическая пемза представляет собой высокопористую породу, которая образуется при быстром охлаждении лавы на поверхности воды или влажных почв за счет выделения паров и газов. Эта порода имеет небольшую среднюю плотность, малую теплопроводность и небольшую прочность. Поэтому пемзу используют как заполнитель в легких бетонах, при производстве теплоизоляционных и звукоизоляционных материалов, а также как абразивный материал для зачистки шпатлеванных поверхностей под масляную окраску.
   Туф. Туфы образуются вследствие уплотнения вулканических пеплов, образовавшихся при выбросах на большую высоту и охлаждении лавы. Эта горная порода морозостойка, обладает высокой пористостью и малым объемным весом. Туфы имеют пористое строение и применяются в виде пиленых камней для кладки стен, внутренней и наружной плитной облицовки, в дробленом виде – как заполнитель для легких, декоративных бетонов.
   Вулканические пеплы являются активными минеральными добавками при производстве цементов.

Осадочные породы

   Осадочные породы имеют вторичное происхождение, так как образуются в результате физического и химического разрушения изверженных пород. Например, гранит разрушается с образованием природного щебня, кварцевого песка и глины. Общим признаком осадочных пород является одинаковая форма залегания в виде пластов, поэтому их еще называют пластовыми.
   В основном причинами разрушения изверженных пород являются физические (нагревание солнцем, резкие перепады температур, замерзание влаги в порах); химические (воздействие различных кислот и солей, находящихся в воде и воздухе (серный и сернистый ангидрит, углекислота)); органические (влияние продуктов жизнедеятельности мхов, лишайников и других простейших растений и микроорганизмов).
   Периодическое замерзание и оттаивание материала в условиях влажности наиболее опасно. Камни, содержащие более 0,5 % влаги, уже чувствительны к изменению температуры. Влага, находящаяся в порах и капиллярах горной породы, замерзая, создает внутри огромные разрушающие напряжения в сотни атмосфер. Процесс этот усиливается действием ветра. В результате порода распадается на отдельные куски и зерна. В зависимости от условий образования осадочные породы делят на следующие основные группы:
   – обломочные,
   – химические осадки,
   – органогенные.
   Обломочные породы – механические отложения – образовались в результате физического разрушения изверженных пород. Их в свою очередь подразделяют на рыхлые (гравий, щебень, песок, глина), оставшиеся на месте разрушения или перенесенные водой, льдом или ветром, и сцементированные (песчаники, конгломераты, брекчии).
   Цементирующим веществом в этих породах может служить раствор карбоната кальция, кремнезема, оксидов железа или глины. В песчаниках цементируемой породой является песок, в брекчиях – щебень, конгломератах – гравий, имеющий круглую форму. Брекчии в зеркальной фактуре представляют собой красивый декоративный камень с мозаичным рисунком. Сцементированные породы, обладающие высокой плотностью, прочностью и морозостойкостью, используют для кладки фундаментов, стен неотапливаемых помещений, облицовки зданий, тротуаров, ступеней.
   Химические осадки образовались в результате выпадения из перенасыщенных водных растворов вследствие изменения температуры различных кристаллических веществ. Основными представителями этой группы материалов, нашедших широкое применение в строительстве, являются карбонатные (известняк, магнезит, доломит) и сульфатные (гипс, ангидрит) породы. Все эти природные каменные материалы служат сырьем для изготовления минеральных вяжущих веществ (извести, портландцемента, гипса, каустического магнезита), которые используют для получения строительных растворов и бетонов.
   Органогенные отложения образовались в результате скопления отмирающих водорослей, раковин, моллюсков и их спрессовывания толщей воды. Для строительных целей применяют мел, известняк-ракушечник, трепелы и диатомиты.
   Мел. Мел представляет собой мягкую породу, сложенную из мельчайших частиц водорослей и скелетов одноклеточных животных. Его используют в цементной, стекольной промышленности, при производстве извести, в качестве наполнителя пластмасс, красочных составов, приготовления шпатлевок, замазок и резиновых изделий.
   Известняк. Известняк является одним из распространенных видов осадочных пород. Главной составной частью известняков является кальцит, но, кроме него, в эту горную породу входят также глинозем, магнезит и кремнезем. Без примеси известняки имеют белый цвет, при наличии в них окислов железа, глинистых и органических веществ и кварца приобретают розовый, желтоватый, серый оттенки.
   Известняк-ракушечник представляет собой сцементированые обломки раковин. Это относительно пористая порода с водопоглощением до 30 %, прочностью 10…60 МПа. Связь между зернами известняка достигается кристаллизационным сцеплением или цементацией их природными цементами: известняковыми, известняково-глинистыми, известняково-кремнистыми.
   Плотными известняками являются доломитизированные и мраморовидные, в которых начался процесс кристаллизации и заметно кристаллическое строение. К наиболее прочным и стойким известнякам относятся известняково-кремнистые, содержащие аморфный кремнезем. Плотные известняки широко используют для кладки фундаментов и стен (бутовая кладка), для облицовки стен зданий, порталов, цоколей, для устройства лестничных ступеней, подоконников, изготовления облицовочных плит и др. Известняки с включением ярко выраженных кристаллов кальцита называются мраморовидными известняками. Из-за наличия большого количества пор они плохо полируются.
   Известняк-ракушечник представляет собой сцементированные углекислым кальцием с примесью кремнезема и глины раковины и их обломки. Обладает крупнопористой структурой. Является хорошим стеновым материалом. В зависимости от прочности ракушечник используется для устройства стен, фундаментов и цоколя зданий, облицовочных плит, сырья для получения вяжущих веществ, в качестве бутового камня, щебня и т.д. Учитывая большую пористость, а следовательно, высокое водопоглощение и воздухопроницаемость, стены из ракушечника обычно оштукатуривают.
   Песчаник. Песчаники представляют собой рыхлые обломочные породы, состоящие из зерен кварцевого песка, сцементированных известняковым или кремнеземным илом, водными окислами железа или глиной. Их используют в качестве заполнителей для обычных бетонов, при устройстве тротуаров, дорог и покрытий, фундаментов и т.д. В зависимости от связующего вещества песчаники имеют различные цвета. В одних и тех же напластованиях песчаники могут быть неоднородными.
   Трепелы и диатомиты. Трепелы и диатомиты являются горными породами, близкими по структуре, составу и свойствам. Они представляют собой отложения неорганических остатков диатомей, богатых аморфным кремнеземом. Это рыхлые, пористые горные породы, зачастую содержащие до 80 % кремнезема. Трепел состоит из скоплений округлых кремнистых шариков. Под давлением вышележащих слоев трепел уплотняется и образует более плотную, неразмокаемую разновидность – опоку, в составе которой имеется мелкозернистый кремнезем с небольшими примесями глины и песка. Используют опоку в качестве заполнителя для легких бетонов.
   Диатомит является легкой породой. В сухом состоянии он имеет белый, желтоватый или серый цвет. Трепелы и диатомиты высокопористы, огнеупорны, кислотостойки, плохо проводят звук и тепло. Их применяют при изготовлении теплоизоляционного легкого огнеупорного кирпича и в качестве активных минеральных добавок в цемент.
   Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в глубине земной коры из изверженных и осадочных пород под действием температуры и давления. Особенно большое значение имеет направление давления. При одностороннем давлении видоизмененные породы приобретают слоистое, сланцевое строение (гнейсы и глинистые сланцы). По своему составу гнейсы аналогичны гранитам. По сложению их можно отнести к группе сланцевых пород.
   Эти материалы легко раскалываются по плоскостям, в связи с чем их применяют как плитный отделочный и кровельный материал – природный шифер. Он огнестоек, плохо проводит тепло, долговечен.
   В строительстве используют главным образом глинистые сланцы. Они образовались из глин в результате их уплотнения и частичной перекристаллизации под действием давления. Глинистые сланцы, кроме мелких глинистых частиц, включают в себя слюду, полевые шпаты, кварц и др. минералы. Цвет сланцев – от темно-серого до черного.
   В результате многостороннего давления осадочные породы приобретают монолитную структуру. Так, из известняков образуется мрамор, а из песчаников – кварцит.
   Мрамор, кварцит. Мрамор является одним из лучших отделочных материалов, обладающих высокой декоративной ценностью. Образуется он в результате перекристаллизации известняков и доломитов при высоких температурах и давлениях. У него зернистокристаллическая структура, образованная прочно соединенными между собой кристаллами без какого-либо цементирующего вещества. Мраморы характеризуются мозаичной связью зерен, обеспечивающей им высокую плотность и прочность. По величине зерен мраморы подразделяются на мелкокристаллические, среднекристаллические и крупнокристаллические.
   При образовании мрамор пропитывается растворами различных солей, окислов металлов и добавок, которые придают ему самых разнообразные цвета и оттенки. Так, присутствие окислов железа придает мрамору красноватый, коричневатый и розовый оттенок. Мельчайшие частицы углерода создают зеленоватые, серые и черные тона. Мрамор легко распиливается на тонкие пластины, хорошо шлифуется и полируется. Его используют для внутренней и наружной облицовки зданий, отходы камнеобработки применяют для декоративных штукатурок и бетонов.
   Кварцит образовался в результате перекристаллизации зерен кварца и срастания их с кремнистым песчаником в однородную массу, в которой связующее вещество неразличимо. Кварцит очень прочен, хрупок, сложен в обработке. Это кислотостойкий и огнеупорный материал (до 1770 0С), который применяют для облицовки и производства кислых огнеупоров. Разновидностью кварцита является яшма, представляющая собой богатый декоративный камень с узорчатым рисунком. Яшмы бывают различных цветов: оливковые, палевые, зеленые, вишневые, красные и др. Используют эти камни для внутренней отделки.
   В зависимости от прочности природного камня его добывают в карьерах при помощи экскаваторов, если породы слабые, осадочные, или буровзрывным способом, если породы массивные, плотные, прочные. В зависимости от места и глубины залегания добыча может вестись открытым, подводным или подземным способом. Если природный камень доставляют из карьеров, то в зависимости от назначения его подвергают дальнейшей обработке – дроблению, распиловке, скалыванию, шлифовке и полировке. Применяют горные породы в качестве нерудных, конструкционных и отделочных строительных материалов и материалов специального назначения – кислотостойких, акустических, теплоизоляционных.

Материалы-заполнители

   К природным материалам-заполнителям относятся следующие неорганические сыпучие материалы:
   – щебень,
   – гравий,
   – песчано-гравийная смесь,
   – песок.
   Эти материалы применяют в качестве заполнителей для бетонов и растворов, уплотняющего подслоя при выполнении дорожных покрытий, балластного слоя железнодорожного пути, сооружения плотин, насыпей, дамб, засыпок при благоустройстве территорий. В зависимости от размера зерен различают мелкие заполнители (пески) с крупностью зерен до 5 мм и крупные – гравий, щебень.
   Щебень представляет собой остроугольные обломки размером от 5 до 150 мм. Природный щебень образуется при выветривании горных пород, искусственный щебень получают в результате добычи горных пород буровзрывным способом и последующего дробления.
   Гравий представляет собой продукт естественного разрушения и перемещения скальных горных пород в виде окатанных обломков от 5 до 150 мм. В зависимости от происхождения гравий может быть ледниковым, речным, озерным, морским.
   Песчано-гравийная смесь состоит из песка размером от 5 мм и гравия (25…60 %). Основное ее количество добывают из русел рек, используют для изготовления цементных и асфальтовых бетонов, а также при строительстве дорог.
   Песок размером от 0,14 до 5 мм может быть дробленым и природным в виде мелкообломочной рыхлой породы, добываемой открытым карьерным или гидромеханизированным, при речном залегании, способом. В зависимости от назначения песка к нему предъявляют требования по размерам и химическому составу. Основными потребителями этого сырья являются производства по получению стекла, строительной керамики, бетонов и растворов, кровельных и гидроизоляционных материалов. Полученные в результате многостадийного дробления горных пород щебень и песок разделяют по размерам, моют и отправляют потребителям.
   К конструкционным строительным материалам относятся бутовый камень, камни и блоки стеновые, изделия для дорожного строительства.
   Бутовый камень. Бутовый камень представляет собой отдельные камни неправильной формы. Его получают из осадочных пород взрывным способом и методом скола. В зависимости от назначения к этому материалу предъявляют требования по прочности, морозостойкости и водостойкости. В бутовом камне не должно быть трещин, расслоений и глинистых прослоек. Каменными породами, служащими для получения бутового камня, являются песчаники, доломиты, известняки и др.
   Бутовый камень весом до нескольких тонн применяют при строительстве гидротехнических дамб, плотин, до 20 кг – для кладки фундамента и стен неотапливаемых зданий. Большой объем бутового камня перерабатывают путем дробления на щебень для производства бетонных изделий и конструкций.
   Стеновые камни. Стеновые камни из горных пород получают путем распиловки и применяют для кладки наружных стен и перегородок. Крупные блоки выпиливают с помощью механизмов из массива горных пород непосредственно в карьерах или нарезают из добытых предварительно блоков-заготовок. Кроме этого, крупные блоки изготавливают методом кладки мелких стеновых камней на строительном растворе. Для этих целей используют известняк, туф, доломит, песчаник. Марка блоков по прочности должна быть не ниже 25 кгс/см кв.
   Дорожные материалы изготовляют из каменных пород, обладающих высокой прочностью и высоким сопротивлением к истиранию и морозостойкостью. К материалам, используемым при строительстве дорог, относятся также бортовые и бордюрные камни. Изготовляют их из гранитов, базальтов, диоритов, габбро и других материалов. Колотые и тесаные бруски брусчатки применяют для устройства мостовых, колотый булыжный камень используют для укрепления откосов.

Отделочные пиленые материалы

   Отделочные пиленые материалы в виде шлифованных и полированных плит из гранита, лабрадорита, мрамора применяют для наружной и внутренней облицовки стен, покрытия полов, изготовления ступеней.
   При добыче облицовочного камня средний выход блоков-заготовок, которые затем подвергаются распиловке по размерам, составляет примерно 20 %. Остальную горную массу в виде некондиционированных блоков и плит используют для изготовления искусственных облицовочных материалов путем склеивания синтетическими смолами (эпоксидной или полиэфирной) или прессования с применением цемента.
   Отходы мелкой фракции поступают на строительные площадки для выполнения монолитных мозаичных полов и изготовления декоративных штукатурных растворов, при возведении наружных стен, облицовки фасадов и т.д. Природные каменные материалы испытывают разрушающее действие ветра, воды в сочетании с морозом, кислых оксидов, содержащихся в атмосфере. Чтобы предохранить изделия от разрушения, применяют следующие способы:
   – защита поверхности изделия прозрачными или окрашенными пленкообразующими полимерными составами;
   – применение конструктивной защиты, которая заключается в придании открытой части здания (карниза, парапета) пологой формы, обеспечивающей слив воды;
   – повышение плотности и гладкости поверхностного слоя изделия за счет шлифовки и полировки;
   – нанесение на лицевую поверхность изделия гидрофобизирующие составы, придающих материалу водоотталкивающие свойства;
   – пропитка поверхности изделия на определенную глубину специальными уплотняющими составами, затрудняющими проникновение воды в поры материала и др.

Горные кислотоупорные, теплоизоляционные и акустические материалы

   Высокой кислостойкостью обладают такие горные породы, как базальт, андезит, диабаз, кварцит. Это свойство используют при изготовлении тесаных плит, кирпичей, брусков, фасонных изделий, применяемых для футеровки промышленных установок и защиты строительных конструкций, находящихся в условиях кислых сред.
   Каменное литье. Как правило, добыча и обработка природных каменных материалов связана с механическими воздействиями, из-за которых на изделиях возникает множество мельчайших трещин, понижающих их долговечность и прочность. Вследствие этого более высокими эксплуатационными свойствами обладают искусственно полученные литые каменные изделия – каменное литье.
   Процесс производства каменного литья состоит в дроблении горной породы (базальта, диабаза), расплавления ее в пламенных или дуговых электропечах при температуре 1350…1450 градусов, заливки расплава в формы, кристаллизации и охлаждения изделий по определенному режиму. Таким образом, получают плиты и иную продукцию для облицовки стен, полов, тротуаров. Изделия из каменного литья обладают высокой механической прочностью, твердостью, долговечностью, огнеупорностью, кислотостойкостью. Каменное литье из базальта по своим механическим свойствам превосходит природный базальт. Белое каменное литье получают из шихты, которую расплавляют при температуре 1450 0С. В состав шихты входят кварцевый песок, доломит, мел с добавлением плавикового шпата и окиси цинка, повышающей белизну изделий.
   Мелкодробленые отходы используют в виде крупного и мелкого заполнителя для получения кислостойких бетонов и растворов, а тонкомолотые применяют в качестве наполнителей кислостойких мастичных и красочных составов.
   Минеральная вата. Минеральная вата представляет собой механическую смесь искусственно полученных коротких волокон. Вследствие хаотического расположения волокна создают высокопористую структуру, обеспечивающую низкую теплопроводность, звукоизоляцию и звукопоглощение. Минеральная вата не горит, не гниет, она малогигроскопична, морозостойка и термостойка. Изделия на ее основе применяют для теплоизоляции как холодных, так и горячих (до 400 0С) поверхностей.
   Минеральная вата может быть каменной и шлаковой, что зависит от вида сырья. Сырьем для производства каменной ваты служат диабаз, базальт, доломит, мергель. Шлаковую вату получают из доменных, ваграночных и мартеновских шлаков, а также шлаков цветной металлургии.
   Производство минеральной ваты включает две основные технологические операции: получение расплава в шахтных или ванных печах при температуре 1400…1500 градусов и превращение его в тончайшие волокна. Для получения волокон применяют дутьевой или центробежный способ. При дутьевом способе выходящий из печи расплав разбивается на мелкие капли струей пара или воздуха под давлением. Оседая, капли вытягиваются в полете и превращаются в тонкие волокна диаметром 10 мкм. При центробежном способе струя жидкого расплава поступает на быстро вращающийся диск центрифуги и под действием центробежной силы разбивается на капли, образующие волокна.
   По современной технологии минеральную вату более высокого качества получают центробежно-фильерно-дутьевым способом. Его технологическая особенность состоит в том, что расплав из печи поступает в емкость, в днище которой имеется множество мелких отверстий (фильер). Проходя через фильеры, расплав превращается в тонкие струи диаметром 1…2 мм, которые подают на центрифугу. При использовании этой технологии в минеральной вате отсутствуют неволокнистые оплавленные включения, значительно уменьшается диаметр волокон (до 5 мкм), что обеспечивает снижение средней плотности и коэффициента теплопроводности изделий.
   Для получения теплоизоляционных материалов в виде плит, матов образующееся волокно поступает в камеру волокноосаждения с движущимся транспортером. При производстве изделий без связующего вещества – матов – для обеспыливания волокон вводят до 1 % замасливания. Обработанные волокна образуют на транспортере полотнище ваты, которое подпрессовывают валиком и разрезают по размерам.
   Чтобы при транспортировке и монтаже сохранить форму, маты, применяемые для теплоизоляции вентиляционных каналов, трубопроводов и промышленных установок, выпускают с различными покрытиями: бумагой или алюминиевой фольгой, а также армированные сеткой из катаной проволоки, защищенные стеклотканью и прошитые техническим шелком.
   При получении теплоизоляционных и акустических плит связующее вещество, которым являются синтетические фенольные и карбамидные смолы, битумы, крахмал и их композиции, вводят в камеру волокноосаждения или перемешивают с волокнами в отдельных смесителях с последующим прессованием и выдерживанием для отверждения связующего вещества по определенному температурному режиму.
   Битум в виде эмульсии вводят в составы для обеспыливания минеральной ваты и придания изделию гидрофобных свойств. Как самостоятельное связующее вещество битум применяют в производстве мягких, полужестких и жестких минераловатных плит. Эти изделия менее прочны, имеют большую плотность по сравнению с изделиями на синтетических связующих веществах, но обладают высокими водоотталкивающими свойствами. При выпуске минеральных плит повышенной жесткости применяют комплексное связующее вещество из карбамидных смол, битума и горячее прессование изделий.
   Для изготовления акустических звукопоглощающих плит типа акмигран используют крахмальное связующее вещество либо более эффективные композиции, например, поливинилацетатную (ПВА) водную дисперсию с фенолом или полиакриламидом. Плотность минераловатных плит в зависимости от вида применямого связующего вещества и степени прессования колеблется от 35 до 250 кг/м куб, коэффициент теплопроводности – от 0,035 до 0,040 Вт. Используют их для теплоизоляции и звукоизоляции как внутри помещения – наружных стен из штучных материалов (кирпича, ячеистых блоков), внутренних каркасных перегородок из гипсоволокнистных и гипсокартонных листов, полов и перекрытий под бетонную стяжку, так и для наружной теплозащиты фундаментов, кровель, вентилируемых фасадов под облицовку, каркасных стен, ограждающих стеновых панелей с последующим оштукатуриванием поверхности плит по стеклосетке. При наружной использовании для исключения водопоглощения плиты пропитывают гидрофобными составами.
   В отличие от теплоизоляционных изделий, звукопоглощающие изделия должны иметь высокую открытую пористость. Этот показатель характеризует эффективность применяемого материала. Чтобы улучшить акустические свойства помещений, которые оцениваются чистотой звука, плиты перфорируют или с помощью декоративного покрытия создают рельефную поверхность, исключающую отражение и наложение звука.
   Минеральную вату используют и для плит высокотемпературной изоляции. В этом случае минеральную вату используют с такими связующими веществами, как цемент, жидкое стекло, глина. Поверхность с температурой 1100…1250 градусов изолируют плитами, в состав которых входит каменная вата, полученная из глинозема и связующего вещества, в качестве которого может быть жидкое стекло, глиноземистый цемент, огнеупорная глина, кремнийорганические соединения.
   Цилиндры из минеральной ваты используют для теплоизоляции трубопроводов с температурой поверхности до 650 градусов. Их изготавливают без оболочки, в оболочке из бумаги, пропитанной битумом, или алюминиевой фольги, что зависит от температуры применения.
   Перлит и вермикулит. Минеральные теплоизоляционные материалы получают также путем вспучивания такого природного сырья, как перлит и вермикулит.
   Перлит. Перлит представляет собой горную породу, состоящую из вулканического природного стеклорасплава, содержащего до 5 % кристаллизационной воды. При быстром нагреве дробленого материала до температуры 900…1200 0С вода переходит в пар и вспучивает размягченную породу, увеличивая ее объем более чем в 10 раз, образуя шарообразные зерна с пористостью до 90 %, насыпной плотностью 75…500 кг/м куб. и теплопроводностью 0,046…0,08 Вт/м. К. в зависимости от размера зерен.
   Вермикулит. Вермикулит вспученный получают таким же образом, путем измельчения и обжига в течение 3 – 5 минут во взвешенном состоянии в шахтных печах природного вермикулита. Природный вермикулит состоит из гидрослюд, содержащих кристаллизационную воду. Резкое испарение воды приводит к увеличению первоначального объема почти в 20 раз. В результате образуется легкий высокопористый материал чешуйчатой структуры, обладающий теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами, высокой температуростойкостью, огнестойкостью и отражательной способностью. Вермикулит и перлит применяют в сочетании с минеральными связующими веществами – цемент, жидкое стекло, гипс, а также с органическими связующими – высокомолекулярные смолы, битум, клей.
   Плиты, кирпичи, сегменты, скорлупы на неорганических вяжущих веществах изготавливают методом полусухого прессования или пластичного формования в отдельных формах или на конвейере, пропуская формовочную массу через насадку определенной формы и размера, в виде непрерывного полотна или профильного изделия с последующей резкой по размерам.
   С целью уменьшения плотности теплоизоляционных материалов применяют формовочные смеси, содержащие избыток воды, которые поступают в фильт-прессы или вакуум-фильт-прессы, представляющие собой формы с перфорированным дном для удаления воды. Плотность изделий уменьшают и за счет введения в состав пенообразующих или газообразующих добавок, обеспечивающих образование ячеистой структуры межзернового пространства.
   Эти материалы применяют для теплоизоляции строительных конструкций, технологического оборудования и трубопроводов. Обжиговые изделия получают смешиванием вспученных пород с огнеупорными глинами и добавкой ортофосфорной кислоты. Как правило, их применяют для тепловой защиты технологического оборудования. Вспученные перлит и вермикулит используют для выполнения теплоизоляционных, звукопоглощающих и декоративных штукатурок. На основе перлитового песка и гравия производят ограждающие стеновые конструкции и засыпочную теплоизоляцию пола, крыши и стен.
   Шунгизит. Шунгизит – продукт обжига при температуре 1100…1600 0С шунгитовых углеродосодержащих пород с кислыми полевыми шпатами в строительстве применяют для этих же целей.
   Асбест. Асбест представляет собой природный минеральный волокнистый материал, способный в результате механической обработки расщепляться на тонкие и прочные волокна. Асбестовые минералы являются водными силикатами магния, железа, кальция и натрия.
   Основным сырьем для получения промышленного асбеста служит порода хризотил-асбест. Асбест располагается в серпентинитовых породах в виде жил, из которых добывают самый высококачественный асбест – поперечно-волокнистый. Волокна асбеста в них располагаются перпендикулярно стенкам серпентинитовой породы.
   Волокна асбеста обладают щелочестойкостью, огнестойкостью, высокой прочностью на растяжение и модулем упругости. Их предельное удлинение при разрыве составляет 2,5 %. Асбест не горит, однако высокие температуры в нем вызывают необратимые процессы разложения. При однократном нагревании он может довольно длительное время выдерживать воздействие температуры до 500 0С. При температуре 1455 0Сасбест начинает плавится.
   Асбест подразделяют на несколько сортов. Определенный сорт асбеста зависит от длины волокон. При длине 0,2…2 мм асбест в сочетании с глиной и жидким стеклом используют для огнезащиты металлических и деревянных конструкций, а также как добавку, повышающую прочность на растяжение и изгиб полимерных материалов, мастичных и красочных покрытий. При длине волокон 2…8 мм асбест применяют в качестве дисперсной арматуры при получении асбестоцементных труб, плит, панелей, листов, асбестосодержащих теплоизоляционных материалов, рулонного огнезащитного материала – асбестового картона и др. Прочность и плотность асбестоцементных труб во многом зависит от толщины асбестоцементной пленки, на которой она формируется. Чем тоньше пленка, тем прочнее труба.
   Асбестоцементные плиты (панели) представляют собой один из видов асбестоцементных бескаркасных конструкций и применяются для устройства покрытий промышленных зданий под рулонную пленку с сухим и нормальным режимом эксплуатации. В некоторых случаях плиты и панели применяются в качестве стеновых, для устройства простенков и углов зданий.
   Теплоизоляционные асбестосодержащие материалы различны по составу сырья, технологии и применению, но все они содержат от 10 до 30 % (по массе) асбеста. Асбестогипсовые материалы получают из асбеста и свежеосажденного гипса. Асбестоизвестково-кремнеземистые материалы получают из асбеста, извести и кремнеземистого компонента (песок, диатомит, трепел) с применением автоклавной обработки. Асбестотрепельные или асбестодиатомитовые материалы представляют собой сыпучие порошкообразные смеси, сосоящие из асбеста и трепела или диатомита с добавками различных веществ. Чаще всего применяют асбестотрепельный материал асбозурит, который состоит из 15…30 % асбеста и 70…85 % трепела. Материалы с добавками слюды, вермикулита, шиферных отходов называют асбослюдой, асбозонолитом, асботермитом. Совелит, являющийся также асбестодоломитовым материалом, изготовляют из доломита и асбеста.
   Асбест с длиной волокон более 8 мм применяют для изготовления нетканых текстильных изделий, которые, в частности, могут служить основой при получении рулонных кровельных материалов.
   В строительстве использование асбестоцементных материалов достаточно эффективно. Так, неутепленные асбестоцементные стены экономичнее традиционных конструкций из предварительно напряженных железобетонных панелей более чем на 40% по стоимости и 20 % по трудозатратам. Применение в стенах взамен стальных листов профилированных асбестоцементных листов обеспечивает экономию металла в среднем до 19 %. Практика строительных работ показала, что с увеличением пролета значительно увеличивается расход асбестоцемента на единицу площади покрытия, при этом снижается расход металла. В отапливаемых помещениях асбестоцементные стены эффективнеее трехслойных панелей по стоимости на 15 – 30 %, а по расходу металла на 35 – 90 %.

Защита камня от коррозии

   Изделия из горных пород относятся к долговечным строительным материалам. Правильно выбранная для облицовки горная порода (однородная, мелкозернистая, плотная, с отсутствием микротрещин) обеспечивает долговечность камня. Однако даже стойкие облицовочные камни со временем также подвергаются выветриванию. Незаметные тончайшие трещины в плите или камне становятся началом его разрушения. Попадая в эти трещины, атмосферная влага при замерзании способствует их дальнейшему расширению. Резкие температурные колебания порой вызывают неоднородные линейные расширения породообразующих минералов, что приводит к выкрашиванию менее стойких минералов и образованию трещин.
   Растворенные в атмосферной влаге вредные газы, а также некоторые вредные включения могут стать дополнительным источником разрушения облицовочных камней. Например, облицовка зданий из природного камня мягких пород с течением времени подвергается разрушению под воздействием находящихся в воздухе городов сернистых газов, образующих в соединении с влагой воздуха серную кислоту. В результате действия этой кислоты на мраморные плиты и другие известняковые изделия углекислый кальций превращается в гипс, нестойкий к влаге воздуха.
   Надежным методом защиты облицовок от разрушения является прежде всего предохранение их от возможного проникновения влаги. С этой целью в первую очередь предпринимаются меры конструктивного характера, а при необходимости используют и различные химические покрытия. Конструктивные решения должны предусматривать устройство требуемых для стока воды уклонов, правильных сочленений и примыканий элементов облицовок, герметизацию швов. Применение материалов с полированной поверхностью или иной фактурой, исключающей застой воды, способствует большей сохранности облицовок.
   Кроме этого, используют пропитку поверхности специальными составами, которые проникают в камень на некоторую глубину и уплотняют его поверхность. С целью защиты фасада от воздействия атмосферных осадков используют такие средства, как флюатирование и гидрофобизация, уменьшающие вынос солей (образование выцветов) на поверхность фасада. Флюатирование повышает плотность и атмосферостойкость материалов (известняк, доломит), содержащих окись кальция. Производят его путем нанесения на поверхность облицовки водных растворов солей кремнефтористоводородной кислоты. Этим достигается образование фторидов кальция, гидрата кремнезема и других нерастворимых соединений, уплотняющих наружный слой каменного материла, что, в свою очередь, уменьшает водопоглощение и увеличивает морозостойкость и долговечность облицовок без изменения их цвета и внешнего вида.
   Изделия из камня, не содержащие соединений кальция, флюатированию не поддаются. Поэтому их предварительно пропитывают хлоридом кальция. Флюатирование производят в сухую погоду при температуре не ниже +5 0С. Раствор кремнефтористого магния наносят на поверхность 2 – 3 раза. Гидрофобизацию выполняют для придания поверхности облицовок водоотталкивающих свойств, а также для уменьшения запыления и предупреждения образования высолов. Для этого применяют специальные растворы, отличающиеся хорошей гидрофобностью. Однако гидрофобизирующие покрытия довольно быстро теряют свои водоотталкивающие свойства – через два-три года. Кроме этого, при повышении водостойкости эти покрытия лишают камень возможности «дышать», а при отсутствии конвекции происходит конденсация влаги от внутренней поверхности, что оказывает отрицательное воздействие на структуру камня.
   Считается, что одним из эффективных методов защиты является устройство сплошной пазухи между тыльной стороной облицовочных плит и кладкой стен, так как подобное конструктивное решение исключает контактную передачу влаги из стены через толщу облицовки и способствует сохранности отделки. В некоторых случаях покрытия из каменных плит крепят к стене, оставляя воздушную прослойку толщиной два-три сантиметра. Воздушная прослойка, остающаяся за каменными плитами, обеспечивает отвод паров, проникнувших через стену, но только в том случае, если снизу и сверху имеются отверстия или щели, через которые может входить и выходить воздух, а также будут удаляться пары. Каменные плиты навешивают на стену с помощью специальных штырей из нержавеющей стали или цветных металлов. При таком решении, с одной стороны, создаются интересные очертания фасада здания, с другой – обеспечивается эффективное удаление паров, прошедших через стену.

ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ЗАЩИТНЫЕ И ДЕКОРАТИВНЫЕ ПОКРЫТИЯ

   В настоящее время главными факторами, отрицательно влияющими на защитные и декоративные покрытия зданий и сооружений, являются солнечная радиация, резкие колебания температуры окружающей среды, влажность, коррозионно-активные соединения (сернистые газы, окислы азота, хлор и его производные, пылевидные частицы и т.п.), попадающие в атмосферу. Интенсивное загрязнение атмосферы вредными и коррозионно-активными веществами разрушающим образом влияет на защитные и декоративные покрытия зданий и сооружений.
   Особенно много выделяется в атмосферу вредных веществ вблизи тепловых электростанций, металлургических предприятий, предприятий химической промышленности, а также предприятий по производству удобрений, кислот, цемента. В сельских районах агрессивность окружающей среды может усиливаться пылевидными удобрениями при неправильном их транспортировании, использовании или хранении, газообразными выделениями работающих сельскохозяйственных машин и т.д.
   В районах, расположенных вблизи морей, рек, озер, искусственных морей, агрессивность окружающей среды обуловлена повышенной влажностью воздуха, содержащего различные соли. Быстрое развитие всех видов автомобильного транспорта (общественного, грузового, индивидуального) сопровождается повышением содержания в воздухе окислов азота, соединений углерода, мелкой пыли. Газообразные загрязнения, растворяясь в осадках, превращаются в слабые растворы кислот и щелочей. Так как окружающий воздух постоянно находится в движении, коррозионно-активные и вредные соединения перемещаются на значительные расстояния. Попадая на поверхность, нагретую солнечными лучами, осадки легко проникают в защитные покрытия зданий и сооружений, вызывая их быстрое разрушение.
   Особенно интенсивно разрушаются неокрашенные кровли, трубы, подоконники и т.п. из оцинкованного железа, грунтовки и покрытия, содержащие металлические порошки (алюминий, цинковый и др.), защитные покрытия, не обладающие химической стойкостью, конструкции из бетона, каркасы и оборудование, находящееся на открытом воздухе.
   Современные мероприятия по борьбе с загрязнением атмосферы промышленностью, транспортом и электрическими станциями сводятся к следующему:
   – увеличение высоты труб на электростанциях и металлургических производствах с целью обеспечения нормы выбросов для сернистых отходов и рассеяния окислов азота до требуемых норм;
   – применение ротоклонов, электрофильтров и механических золоуловителей, обеспечивающих улавливание до 99 – 99,5 %;
   – удаление оксидов серы из дымовых газов;
   – улучшение сжигания топлива;
   – переход на малосернистое топливо;
   – переход в городах на централизованное теплоснабжение, чтобы избегать загрязнения от мелких котельных;
   – переход в больших городах на электрификацию быта, включая отопление;
   – внедрение безотходных технологий в промышленности и транспорте;
   – строгое соблюдение санитарных норм для всех источников, загрязняющих атмосферу. Охрана воды, почвы и ландшафта также является важным звеном комплексной проблемы охраны окружающей среды.
   Различные условия эксплуатации поверхностей и покрытий зданий, сооружений, строительных конструкций и изделий обусловливают необходимость применения комплексных мероприятий для их эффективной защиты. Так, для уменьшения загрязнения окрестностей ТЭС твердыми отходами предпринимаются меры к поставке на электростанции топлива с меньшим содержанием породы, а также всемерно увеличиваются масштабы использования золы и шлака для строительства.

КАЧЕСТВО СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

   В строительном деле важно знать, как практически, не прибегая порой к лабораторным проверкам, определить качество строительных материалов. Знание простых приемов ведет к экономии строительных материалов, улучшает качество строительства и, как следствие удешевляет его.
   Лесоматериалы. Качество древесины можно определить внешним осмотром и простукиванием. Трещины и торцовые расколы свидетельствуют о снижении прочности бревен. При простукивании обухом топора глухой звук является признаком внутренней гнили или поражения древоточцами.
   Влажность древесины проверяется на ощупь. Сухая на ощупь древесина имеет влажность до 25 %.
   Кирпич. Бледно–розовый или коричневый цвет кирпича свидетельствует о недожоге, такой кирпич непрочен, сильно впитывает воду, пачкает руки, при ударе издает глухой звук. Он применяется там, где не подвержен атмосферным осадкам.
   Красный кирпич – нормально обожженный, твердый и прочный, мало впитывает воду, при ударе издает чистый звук. Такой кирпич хорошо тешется, на изломе имеет однородное строение без пустот, камешков, извести. Используется для кладки стен, печей и каминов.
   Темно-бурый цвет говорит о том, что кирпич пережженный, так называемый железняк. Поверхность пережженного кирпича стекловидная, с глубокими трещинами. Кирпич-железняк очень твердый, почти не впитывает воду, поэтому плохо вяжется с раствором. Хорошо сопротивляется сырости и морозу, употребляется для кладки фундаментов.
   Качество кирпича можно определить пробой на удар. Кирпич низких марок (до 75) от одного удара молотком весом 1 кг разбивается в щебень. Кирпич марки 100 разрушается на более мелкие куски от нескольких ударов. Кирпич марки свыше 100 при скользящих ударах молотка искрит и отбивается мелкими кусками.
   Известен и такой простой способ определения качества: кирпич низких марок при падении с высоты 1,2 – 1,5 метра на твердое каменное основание разбивается на мелкие кусочки. Если кирпич разобьется на 2 – 3 крупных куска, он считается хорошего качества.
   Камень бутовый. Качество бутового камня определяется ударом молотка: звонкий звук издает бут хорошего качества, глухой – при наличии примесей глины и других пород. Бутовый камень низких марок от одного удара молотком весом в 1 кг разбивается в щебень. Качество камня можно определить и другим способом: если куски после насыщения их водой разбиваются на части, то камень считается непригодным для кладки.
   Глина. Качество глины зависит от ее жирности. Жирность проверяется на ощупь растиранием между пальцами. В жирной глине песок не ощущается. Кроме того, жирность глины можно определить следующими методами.
   1 метод. Глина раскатывается в руке жгутиком толщиной 1,5 – 2 см и длиной 15 – 20 см и вытягивается за оба конца. Жгутик из тощей глины (суглинка) мало растягивается и дает неровный разрыв. Глина средней пластичности вытягивается плавно и обрывается, когда толщина в месте разрыва достигает 15 – 20 % от первоначального диаметра. Жгутик из пластичной глины вытягивается плавно, постепенно утончается, образуя в месте разрыва острые концы.
   2 метод. Глины разных сортов скатываются в шарики диаметром 4 – 5 см и высушиваются в одинаковых условиях. Максимальное количество трещин на поверхности шарика указывает на наиболее жирную глину.
   3 метод. Широко распространен способ определения жирности глины отмучиванием. Он основан на разном весе частиц (песок тяжелее глины). В пол-литровую стеклянную банку кладут 200 г глины, наливают воду, чтобы она покрывала глину на 4 – 5 см, тщательно все перемешивают и дают отстояться. Песок осаживается на дно, сверху – глина. Примерное количество (процент) песка в глине определяется на глаз.
   Цемент. Цемент считается качественным, если не имеет признаков окомкования. Если хороший цемент взять в руку и сжать ее, то он сразу просыплется между пальцами. Если в ладони останутся мелкие кусочки, величиной с горошину и больше, это свидетельствует о том, что в нем начался процесс окомкования. Такой цемент имеет пониженную активность и соответственно прочность материалов на его основе. Во время хранения цемента его активность как связующего вещества падает примерно на 5 % в месяц. Так, при хранении в течение 3 месяцев активность уменьшается до 15 – 20 %, в течение 6 месяцев – до 25 – 50 %, в течение 1 года – до 30 – 40 %, в течение 2 лет – до 40 – 50 %.
   Цементное основание. Цементное основание (стяжка) под линолиум считается пригодной, если имеет влажность не более 8 %. Проверка влажности основания производится с помощью промокательной бумаги. Ее кладут на основание, а сверху плотно прикрывают полиэтиленовой пленкой с нахлестом по 10 см каждую сторону (с грузом по всему периметру или с проклейкой резиновым клеем). Через 16 часов промокательную бумагу проверяют. Если она влажная, то основание для настилки линолеума еще непригодно.
   Кровельный асбестоцементный шифер. Кровельный шифер проверяется внешним осмотром. Листы не должны иметь продольных трещин. Шифер, долгое время хранившийся под открытым небом, под воздействием влаги приобретает темный цвет, что говорит о пониженной прочности.
   Для проверки отбирают из стопы третий лист сверху. Сухой лист волнистого шифера, уложенный на ровное основание, выдерживает вес вставшего на него человека и не разрушается.
   Кровельная сталь. Качество листов кровельной стали проверяется осмотром. Особое внимание обращается на следы ржавчины. Ржавчину можно снять 5 – 10 % раствором технической соляной кислоты с последующей тщательной промывкой водой и просушкой. Для работы с кислотой следует использовать шерстяную тряпку, руки необходимо защитить резиновыми перчатками.
   Песок. Песок должен быть чистым, без примесей глины, земли и пыли. Чистый песок не пачкает руки. Мелкий песок имеет зерна менее 1,5 мм, песок средней крупности – от 2 до 2,5 мм, крупный – более 2,5 мм.
   Шлак топливный, котельный. Топливный шлак считается пригодным для теплоизоляционной засыпки и устройства шлакоблочных стен, если он пролежал не менее года в отвале. Если он пролежал дольше, это лучше, так как из шлака будут вымыты и выветрены вредные примеси. Лучшим считается шлак из котельных. Для затопления каркасно–засыпных стен следует применять просеянный шлак, без примесей золы, земли, камней и другого мусора. Влажность шлака должна быть не более 10 %.
   Гипсовые вяжущие материалы. Свежеизготовленный гипс не должен иметь комков. Даже при хранении в сухих условиях он быстро скомковывается и теряет свою активность примерно на 10 % в месяц. По наружному виду гипсовое вяжущее вещество похоже на мел. Чтобы отличить гипс от мела, нужно растереть его между пальцами. Мел кажется мягким, а гипс – зернистым. Быстрое схватывание (твердение) также может служить признаком принадлежности материала к гипсу.
   Стекло. Оконное стекло считается хорошего качества, если оно имеет голубоватый или зеленоватый оттенок. Желтый оттенок говорит о плохом качестве – такое стекло плохо сварено. Цвет стекла определяют, наложив три листа на белую бумагу.
   Битумные материалы. Прежде всего необходимо выяснить, к какому виду они относятся – к битумному или дегтевому. Это необходимо для того, чтобы соблюсти принцип «подобное с подобным». Дегтевые материалы обладают резким запахом фенола (карболки), а нефтяные битумы обладают запахом минерального масла. Иногда нефтяные битумы вообще не имеют запаха. При подогревании запах всегда усиливается. Дегти и битумы отличаются истинной плотностью – соответственно 1 и 1,25 г/см. куб.
   Для твердых битумных материалов (пеков и битумов) характерным признаком является также цвет. У каменноугольных пеков цвет иссиня–черный, у нефтяных битумов – черный с коричневым оттенком. Кроме этого, у пеков более блестящая поверхность, чем у битумов, и они значительно жестче, что особенно заметно при низких температурах. В изломе каменноугольные пеки имеют роговистую глянцевую поверхность.
   Марки битумов ориентировочно можно определить по внешним признакам, температуре размягчения. Если битум марки БН–90/10 при комнатной температуре разбить молотком, то образуются осколки с блестящей поверхностью. Битум марки БН-70/30 при ударе молотком разбивается на крупные куски без осколков. Битумы марки БН-50/50 при ударе сминаются.
   Битум следует хранить под навесом в плотной таре. В этом случае битум трех–четырехлетней давности годен к применению.

Как определить марку бетона

   Марку бетона (затвердевшего) можно определить с помощью зубила и молотка весом 300 – 400 г. Если лезвие погружается на глубину 5 мм, то марка бетона 70 – 100. Отделяющиеся от поверхности тонкие листочки свидетельствуют о том, что его марка 100 – 200. Неглубокий след зубило оставляет на бетоне марки свыше 200.
   Масляная краска. При хорошем качестве краски ее слой высыхает за одни сутки, при удовлетворительном – за двое суток. Если нажать пальцем на слой в течение 5 секунд и палец не испачкается, краска считается высохшей.
   Олифа.Хорошая олифа прозрачна, после суточного отстоя может иметь небольшой осадок (не более 10 %). Наиболее надежным способом определения качества олифы является проба на высыхание: полное высыхание слоя должно наступать не позже 24 часов. Качественная олифа соскабливается со стекла ножом эластичной полоской и не крошится под ножом.
   Столярный клей. Качественный клей, сожженный на огне спички, рассыпается в мелкую золу. Это мездровый клей. Клей более низкого качества спекается в темный шлак. Это так называемый костный клей, приготовленный из костей, рогов и копыт.
   Замазка. Замазка должна быть пластичной и не прилипать к рукам.

Илья Мельников Природные каменные материалы