Текст книги "Дача. Что и как можно построить?"

Каменные материалы

Номенклатура природных каменных материалов, применяемых в современном строительстве, весьма разнообразна.

По назначению их можно разделить на пять групп:

● сырьевые нерудные материалы для производства искусственных строительных материалов (заполнителей для растворов и бетонов, минеральных вяжущих веществ, силикатных, керамических и других материалов);

● материалы для кладки фундаментов и стен зданий и сооружений;

● материалы для наружной и внутренней облицовки, покрытий полов, площадок, лестниц и ограждений зданий;

● материалы для дорожного строительства;

● материалы специального назначения (возведение мостов, подземных и гидросооружений, для жаро– и химически стойкой футеровки).

По виду обработки и форме природные каменные материалы классифицируют на грубообработанные и необработанные материалы неправильной формы (бутовый, булыжный камень, щебень, гравий и песок) и обработанные материалы заданной формы (блоки, плиты, плитки, фасонные профильные изделия).

Выбирают горные породы для каменных материалов и изделий на основании результатов испытания образцов, оценки внешнего вида, а также с учетом эксплуатационных условий.

Сырьем для получения природных каменных материалов служат горные породы.

Горные породы– это значительные по объему скопления минералов в земной коре, образовавшиеся под влиянием одинаковых условий.

Природные каменные материалы и изделия получают путем механической обработки горных пород, т. е. дробления, раскалывания, распиловки, отески, шлифовки (щебень, плиты, штучные камни, архитектурно-декоративные детали) или даже без обработки (песок, гравий). Свойства горной породы, из которой они получены, сохраняются почти полностью. Строительные свойства горных пород и каменных изделий из них в значительной степени определяются химическим составом и физическими и механическими свойствами породообразующих минералов.

Большое влияние на свойства пород оказывает и их строение (структура), предопределяемое условиями образования каждой группы пород. Поэтому для оценки свойств и определения целесообразных условий обработки и применения природных материалов в строительных конструкциях необходимо познакомиться с составом и строением горных пород, из которых они получены. Знание этих вопросов важно и потому, что горные породы широко используют также в промышленности строительных материалов в качестве сырья для изготовления вяжущих веществ (извести, гипса, цемента), искусственных каменных материалов (керамических, бетонов и др.).

Широкий диапазон физико-механических свойств и распространенность природных каменных материалов обусловили их широкое применение в строительстве. Их используют для возведения фундаментов и стен зданий, защитных и декоративных облицовок строительных конструкций, полов и лестниц, в качестве дорожных покрытий и т. п.

Большинство магматических пород, применяемых в строительстве, содержит химические соединения трех типов: кремнезем, силикаты и алюмосиликаты в виде породообразующих минералов (кварц, полевые шпаты, слюда и железисто-магнезиальные минералы).

Минералы– это вещества, являющиеся продуктами физико-химических процессов, происходящих в земной коре, и обладающие определенным химическим составом, однородным строением и характерными физическими свойствами. В природе известно несколько тысяч минералов, но в образовании горных пород участвуют лишь около 50 – их называют породообразующими.

Гранит и близкие к нему переходные породы (гранитоиды) состоят из кварца, полевых шпатов, слюды, иногда роговой обманки или авгита. Это самые распространенные из всех магматических пород. Цвет породы определяется цветом полевых шпатов (от серого до разных оттенков красного).

При высоких показателях плотности и прочности при сжатии гранит является хрупким, так как его прочность при растяжении в 40–60 раз больше прочности при сжатии. У гранита малое водопоглощение – менее 1 %, высокая морозостойкость – более 200 циклов, хорошая сопротивляемость истиранию, высокая теплопроводность.

Граниты хорошо обрабатываются (обтесываются, шлифуются и полируются). Наиболее высокими показателями свойств обладают мелкозернистые граниты.

Гранит используют для облицовки монументальных зданий и гидротехнических сооружений, плит для полов, ступеней, материалов для дорог, крупного заполнителя для бетонов, бутового камня и т. п.

Сиенит в отличие от гранита не содержит кварца, а состоит в основном из полевого шпата и темноокрашенных минералов (до 15 %). По внешнему виду похож на гранит, но в нем выражена среднезернистая структура, а окраска несколько темнее. Свойства сиенита близки к свойствам гранита, но он менее стоек к выветриванию и легче обрабатывается.

Диорит примерно на 3/4 состоит из полевых шпатов и содержит до 25 % темноокрашенных минералов. Диорит характеризуется мелко– и среднезернистым строением и серо-зеленым или темно-зеленым цветом. По строительным свойствам не уступает гранитам, обладает высокой ударной вязкостью и хорошо полируется. Чаще всего диорит применяют при облицовочных работах и в дорожном строительстве.

Габбро состоит в основном из полевого шпата (до 50 %) и темноокрашенных минералов, чаще авгита, а также роговой обманки, оливина. Представляет собой поликристаллическую породу от темно-серого до черного цвета. Габбро применяют в виде штучных изделий для облицовок, дорожных покрытий, щебня для бетонов и других целей.

Порфиры– излившиеся горные породы, близкие по химическому составу к гранитам (кварцевый порфир), сиенитам (бескварцевый порфир), диоритам (порфирит) и характеризующиеся порфировой структурой. Вследствие неоднородного строения порфиры менее устойчивы к выветриванию, слабее сопротивляются истиранию, чем глубинные породы. Другие строительные свойства порфиров близки к свойствам глубинных пород.

Трахит – излившаяся порода, имеющая тот же минеральный состав, что и сиениты, но более пористая, так как отвердевала на поверхности земли. Его применяют в качестве стенового материала и щебня для бетонов.

Андезит – аналог диорита, но отличается от них порфировой структурой. Плотные андезиты применяют в качества кислотоупорных плит и щебня для кислотоупорного бетона.

Диабаз по минеральному составу аналогичен габбро. Окраска – от темно-зеленой до черной. Структура кристаллическая с зернами разной крупности, иногда порфировая. Диабазы, особенно мелкозернистые (например, онежские), имеют высокую прочность – до 450 МПа, большую ударную вязкость и малую истираемость, способны раскалываться на куски сравнительно правильной формы. Используют диабаз для изготовления дорожных материалов (брусчатки, шашки, бортового камня), щебня для бетона, иногда для облицовочных работ, а также в качестве сырья для каменного литья и кислотоупорных изделий.

Базальт (как и диабаз, аналог габбро) представляет собой плотную тяжелую породу, имеющую скрытокристаллическое или стекловатое, а иногда порфировое строение. Базальт имеет темно-серый или почти черный цвет, характеризуется высокой прочностью – до 500 МПа. Вследствие наличия в стекловатой массе трещин и пор, возникших при остывании магмы, или при порфировой структуре прочность базальтов может резко колебаться, иногда снижаясь до 100 МПа. Большая твердость и хрупкость базальтов затрудняет их обработку. Их широко используют как дорожный материал, в качестве щебня для бетона, для кислотоупорных материалов, а также каменного литья и производства минеральной ваты.

Порошкообразные частицы до 1 мм называют вулканическими пеплами, крупностью до 5 мм – вулканическими песками, а от 5 до 30 мм (реже крупнее) – пемзой. Эти породы имеют пористое строение, небольшую плотность и малую теплопроводность.

Пемзу и пемзовые пески используют как заполнитель в легких бетонах, при производстве тепло– и звукоизоляционных материалов и в качестве шлифующего материала. Так как эти породы состоят из аморфного кремнезема и вулканического стекла, то в тонкоизмельченном виде их используют в качестве активных добавок к минеральным вяжущим веществам.

Вулканические туфы образовались в результате последующего уплотнения, спекания или цементации природными цементами вулканического пепла. К наиболее уплотненным вулканическим туфам относятся трассы. Если же при извержении к жидкой лаве примешивается значительное количество вулканических пеплов и песков, то образуются породы, называемые туфовой лавой. Большинство вулканических туфов и туфовых лав имеет пористое строение, небольшую плотность и малую теплопроводность. Эти породы обладают разнообразной окраской и легко поддаются технологической обработке.

Туфы применяют для кладки стен в виде пиленых камней правильной формы и бута, а в дробленом виде – в качестве заполнителей для легких бетонов.

Осадочные породы, применяемые для строительных целей, чаще всего содержат следующие химические соединения: кремнезем в кристаллическом и аморфном состояниях (безводный и водный), алюмосиликаты (главным образом водные), карбонаты (безводные), сульфаты (безводные и водные).

Кварц (кристаллический кремнезем) благодаря высокой стойкости при выветривании остается химически неизменным и входит в состав многих осадочных пород (песков, песчаников, глин и др.). В аморфном состоянии кремнезем в осадочных породах встречается в виде минерала опала.

Опал менее плотен, прочен и стоек, чем кварц. Его широко используют при изготовлении минеральных смешанных вяжущих веществ.

Каолинит– водный силикат алюминия, образуется при выветривании полевых шпатов и слюд. Каолинит и другие водные алюмосиликаты являются основными при образовании глин. Они часто встречаются в виде примесей в известняках, песчаниках, гипсовых и других осадочных породах. Наличие этих примесей понижает водо– и морозостойкость пород.

Кальцит – это распространенный минерал, который является составляющей различных видов известняка. Окраска белая, серая, иногда он прозрачен.

Магнезит распространен значительно меньше кальцита и образует породу того же названия.

Доломит по физическим свойствам близок к кальциту, но более плотен и прочен. Цвет доломита – от белого до темно-серого в зависимости от примесей. Он встречается чаще, чем магнезит, образуя породу того же названия или входя в состав известняков и других осадочных пород.

Гипс– минерал кристаллического строения; его кристаллы имеют зернистое, столбчатое, пластинчатое, игольчатое или волокнистое строение. Он белого цвета, иногда окрашен примесями. Обладает спайностью в одном направлении.

Ангидрит – безводная разновидность гипса, образует породы одноименного названия.

Многие осадочные породы используют как сырье для получения других строительных материалов, а некоторые – для непосредственного применения в качестве строительного камня.

Песок и гравий – горные породы, образовавшиеся в результате выветривания различных горных пород. Размер зерен песка – 0,16–5 мм, гравия – 5–70 мм и более.

Глины являются тонкообломочными отложениями, образовавшимися в результате выветривания полевошпатовых горных пород (граниты, гнейсы и др.). По составу глины представляют собой смесь минералов каолинитовой группы с зернами кварца, слюдой, оксидами железа, карбонатами кальция и магния. Каолинитовые глины (каолин) имеют белый цвет, другие глины в зависимости от вида и количества примесей могут иметь разный цвет, вплоть до черного. Глина при увлажнении приобретает пластические свойства и после обжига переходит в камневидное состояние. Она является основным сырьем в керамической промышленности и производстве цементов.

Гипс и ангидрит– породы химического происхождения, состоящие в основном из минерала гипса и ангидрита. Внешне и по своим физико-механическим свойствам они мало отличаются друг от друга. Их применяют для производства вяжущих веществ, а некоторые разновидности – для внутренней облицовки зданий.

Магнезит – порода химического происхождения, состоящая в основном из минерала магнезита. Его применяют для изготовления огнеупорных изделий, частично для получения вяжущих веществ (каустического магнезита).

Мел – порода органогенного происхождения, обычно белого цвета, землистого сложения, представлена микроскопическими раковинами простейших организмов. По химическому составу почти целиком состоит из карбоната кальция, имеет небольшую прочность. Применяют в качестве белого пигмента в красочных составах, при приготовлении замазки, а также при производстве извести и портландцемента.

Диатомит – органогенная порода, образовавшаяся из панцирей диатомовых водорослей и отчасти из скелетов радиолярий и губок, между которыми осаждались тончайший ил и глина. Состоит в основном из аморфного кремнезема в виде минерала опала.

Трепел – порода, образовавшаяся раньше диатомита. В отличие от него состоит из аморфного кремнезема в виде мельчайших шариков опала, сцементированного опаловым цементом. Диатомит и трепел близки по свойствам, используются для изготовления теплоизоляционных материалов, в качестве активных минеральных добавок к вяжущим веществам. С течением времени трепел превращается в тонкопористую или плотную, трудно размокающую породу – опоку, почти полностью состоящую из аморфного кремнезема. В качестве строительного камня главным образом применяют известняки различных видов, доломиты и песчаники.

Известняки в большинстве случаев являются органогенными породами, но встречаются известняки химического происхождения (известковые туфы). Состоят в основном из минерала кальцита, но часто содержат различные примеси (кремнезем, глину, доломит, оксиды железа, органические соединения), в зависимости от которых цвет известняков может быть от белого до темно-серого с различными оттенками. Примесь глины в известняках, применяемых в качестве строительного камня, даже в небольшом количестве (3–4 %) резко уменьшает их водо– и морозостойкость.

Плотные известняки (плотность более 1800 кг/м³), состоящие из мелких зерен кальцита, связанных непосредственным сцеплением кристаллов или различными природными цементами (известковым, известково-кремнистым), используют в качестве бутового камня (для фундаментов, стен неотапливаемых зданий или жилых домов в районах с теплым климатом), плит и фасонных деталей для облицовки стен, цоколей и карнизов, ступеней, а также в качестве щебня для бетона, основания для дорог и сырья для получения извести и портландцемента.

Известняки-ракушечники – пористые горные породы, которые характеризуются небольшой плотностью, низкой прочностью и малой теплопроводностью. Их применяют в виде камней правильной формы для кладки стен, а наиболее плотные разновидности – для облицовки стен, а также в качестве щебня для легкого бетона.

Известковые туфы – пористые известняки химического происхождения. Несмотря на значительную пористость, известковые туфы характеризуются достаточной морозостойкостью, так как вследствие ячеистого строения (поры замкнутые или крупные) они имеют относительно низкое водопоглощение. Разновидность известкового туфа – травертин, имеющий мелконоздреватое строение и высокую прочность при сжатии (до 80 МПа), применяют для облицовки зданий.

Доломит – порода химического происхождения, состоящая из минерала доломита. Свойства его близки к известняку плотному. Применяют доломит для тех же целей, что и известняки, а также для производства огнеупоров и теплоизоляционных материалов.

Песчаники, конгломераты и брекчии – породы, образовавшиеся из рыхлых отложений разрушившихся горных пород в результате цементации их различными природными цементами (известковым, кремнистым, глинистым, железистым и др.). В результате цементации песков образуются песчаники, зерен гравия – конгломераты, природного щебня – брекчии. В качестве строительного камня применяют наиболее прочные и стойкие известковые и кремнистые песчаники, а также конгломераты и брекчии на этих природных цементах. Большинство песчаников – плотные, тяжелые и теплопроводные материалы. Их используют главным образом для кладки фундаментов, стен неотапливаемых зданий, ступеней, тротуаров, облицовки зданий, а также в виде щебня для бетонов и для других целей. Конгломераты и брекчии, обладающие декоративностью, используют в качестве облицовочного камня.

Глинистые сланцы – типичные сланцевые породы, образовавшиеся из глин; цвет черный или темно-серый. Глинистые сланцы не размокают в воде, стойки к выветриванию, легко раскалываются на тонкие ровные плитки (3–10 мм), применяемые как кровельный материал (природный шифер).

Мраморы образовались в результате видоизменения известняков (реже доломитов) и состоят из прочно сросшихся кристаллов кальцита, иногда с примесями зерен доломита, марганцевых, железистых и углеродистых соединений, придающих им различную окраску. При неравномерном распределении примесей мраморы имеют пеструю окраску с различными узорами, придающими камню декоративность. Мраморы отличаются высокой плотностью, малым водопоглощением, большой прочностью при сжатии, но обладают небольшой твердостью. Мрамор хорошо шлифуется и полируется, распиливается на тонкие плиты. Его широко применяют для внутренней облицовки стен, изготовления ступеней, подоконных досок и других изделий. Разновидности мрамора, непригодные для штучных изделий, или отходы при обработке мрамора в виде крошки используют в качестве заполнителя для отделочных растворов и бетонов.

Для наружной облицовки зданий большинство мраморов применять не рекомендуется, так как под влиянием атмосферных агентов (воды, сернистого газа, изменений температуры и др.) поверхность мрамора теряет декоративный вид и подвергается заметной коррозии (становится тусклой, шероховатой и более пористой).

Кварциты образовались в результате видоизменения кремнистых песчаников. Они имеют плотную структуру и состоят из перекристаллизованных зерен кварца, скрепленных кварцевым цементом. Окраска – белая, красная, темно-вишневая. Кварциты применяют для наружной облицовки повышенной стойкости, подферменных камней в мостах, иногда в качестве щебня и бута, а также как сырье для изготовления динасовых огнеупоров.

Декоративные качества облицовочного камня определяются его цветом, строением или текстурой (рисунком). Фактурная обработка может подчеркнуть или усилить декоративные качества камня. Например, зеркальная фактура создает насыщенность цвета, позволяет лучше выявить рисунок текстуры. Точечная фактура дает возможность видеть структурные особенности камня в его природном состоянии, а рельеф создает игру светотени и тем самым придает фасаду здания большую выразительность.

При обработке камня принимают во внимание не только его художественно-декоративные качества, но и место применения, техническую и экономическую целесообразность.

Шлифованные фактуры резко снижают насыщенность цветового тона и повышают светлоту камня.

Точечные и бороздчатые фактуры тоже приглушают естественный цвет камня и повышают его светлоту. Это качество может стать желательным в тех случаях, когда для облицовки поверхности попадают камни одной породы, но различных оттенков. После обработки камня различие в оттенках малозаметно.

Фактура скалы полностью сохраняет природные качества камня, а глубокий и красивый рельеф, дающий светотени, придает ей яркую выразительность. Эту облицовку нецелесообразно применять на высоту более двух этажей.

Хороший декоративный эффект дает сочетание зеркальной фактуры с фактурой скалы. Стены нижних этажей и цоколь, выполненные в фактуре скалы, красиво сочетаются с обрамлением окон и порталов в зеркальной фактуре.

При выборе камня белого и серого (как правило, эти цвета всегда имеют оттенки) следует отдать предпочтение белому цвету с желтоватым оттенком и серому с голубоватым. Среди облицовочных камней (граниты, мраморы, песчаники, яшмы) встречаются разновидности с узорчатым и мозаичным рисунком различных тонов со слоистым строением. Некоторые граниты (гранитогнейсы) при распиле дают рисунки, которые, будучи правильно сложенными (из нескольких плит), могут образовать композиционный центр в общем решении облицовки. Слоистость мраморов должна быть по возможности подобрана так, чтобы не получилось резких разрывов или противоречий в рисунках смежных слоев. Это относится и к камням с порфировидной структурой, имеющим разные цветовые тона. Их можно разместить на плоскости подобно мозаикам.

Как известно, белый мрамор в атмосфере города приобретает грязновато-серый цвет. Точечная фактура позволяет и через несколько лет очищать поверхность мрамора с помощью пескоструйной обработки.

По степени обработки различают следующие каменные материалы: грубообработанные (бутовый камень, щебень, гравий, песок) и профилированные (пиленые штучные камни и блоки для стен; камни, плиты и профильные изделия для наружной и внутренней облицовки зданий и сооружений, полов; дорожного строительства и т. п.).

Бутовый камень (бут)– куски камня размером 150–500 мм по наибольшему измерению. Рваный бут (неправильной формы) добывается преимущественно взрывным способом, а плитняковый (постелистый) получают из пород пластового залегания раскалыванием камнекольным инструментом.

Вследствие неправильной формы камней бутовая кладка трудоемка и требует повышенного расхода раствора. Бутовый камень широко применяют для кладки фундаментов, подземных стен, подпорных стен. Отходы бутового камня дробят и используют как щебень для бетонов.

Щебень– куски камня размером 5–70 мм (для гидротехнического строительства – до 150 мм). Получают его дроблением из прочных и морозостойких горных пород. Встречается и природный щебень, называемый дресвой. Щебень используют в качестве крупного заполнителя для бетонов, при строительстве автомобильных и железных дорог.

Стеновые камни и блоки изготовляют из пористых известняков, вулканических туфов и других горных пород, как правило, выпиливая их из массива с помощью камнерезных машин; значительно реже выпускают колотые штучные камни.

С учетом толщины швов камни и блоки бывают высотой 38–302 см, шириной 82–100 см, толщиной 30–50 см. Укрупнение камней позволяет уменьшить затраты труда при кладке и повысить индустриальность строительства.

Блоки изготовляют из известняков, вулканического туфа и других горных пород. Лицевая поверхность стеновых камней и блоков должна быть обработана и отвечать декоративным требованиям.

Облицовочные плиты, камни и профильные изделия создают распиловкой или раскалыванием блоков горных пород с последующей их механической обработкой для придания правильной формы, размеров и получения определенной фактуры лицевой поверхности.

К ним относятся облицовочные плиты и камни, плитки, фасонные и профильные элементы облицовки для стен (наружных и внутренних), колонн, цоколей, элементы лестниц и площадок, парапетов и ограждений, покрытия полов, плинтусов, карнизов, подоконников и т. д. Наружная облицовка зданий выполняется из атмосферостойких пород – гранитов, сиенитов, диоритов, габбро, плотных известняков, песчаников, туфов.

Для внутренней облицовки применяют мраморы и мраморовидные известняки, ангидрит и другие мягкие, хорошо распиливающиеся породы.

Пиленые плиты применяют для облицовки стен. Такой вид отделки стен является красивым и долговечным, но в то же время очень дорогим. Более распространенными горными породами, из которых изготовляют облицовочные плиты для наружных стен, являются известняк и доломиты, имеющие светлые тона.