Изделия из природного камня

Изделия из природного камня имеют широкий ассортимент и широко применяются в современном строительстве.

Природные каменные материалы, обладая высокой атмосферостойкостью, прочностью и красивой окраской, широко применяют в строительстве в виде блоков для кладки стен и фундаментов зданий и сооружений, в виде облицовочных плит и камней для наружных и внутренних стен зданий и сооружений, при строительстве дорог, тротуаров, набережных, подпорных стенок и других сооружений, к материалам которых предъявляются особые требования по прочности долговечности и декоративности.

В соответствии со СНиПом каменные материалы классифицируют по следующим признакам: плотности — обыкновенные (тяжелые) с плотностью 1800 кг/м³ и более, легкие — менее 1800 кг/м³;пределу прочности при сжатии — для обыкновенных 10…100 МПа, а для легких 0,4…20 МПа; степени морозостойкости — обыкновенные тяжелые имеют марки F15…500; легкие — F10…25; степени водостойкости (коэффициенту размягчения) — 0,6…1.

Выбор горных пород для производства строительных материалов и изделий производят на основании результатов испытаний образцов из них и технико-экономическогоанализа, целесообразности использования данной породы в конкретных условиях.
Для кладки фундаментов и стен подземных частей зданий применяют бутовый, колотый и пиленый камень из плотных изверженных, осадочных и метаморфических горных пород.

Коэффициент размягчения камня, используемого для этих целей, должен быть не менее 0,7, морозостойкость — не ниже F15.
В зависимости от формы бутовый камень бывает рваный, постелистый и лещадный (смотри рисунок-1). Бутовый камень имеет размеры 150…500 мм. Для получения рваного бута, а также щебня осуществляют разработку горных пород преимущественно взрывным методом.

Рисунок-1. Бутовый камень:

 

 

 

1-рваный; 2-постелистый; 3-лещадный

Плитняковый бут получают из пород пластового залегания. Крупные камни остающиеся в карьере после взрывных работ отделяют как правило от основной массы экскаваторами, после чего их дробят на мелкие камни. Бутовый камень получают разработкой местных осадочных и изверженных пород, отвечающих проектным требованиям в отношении прочности, водостойкости и морозостойкости.

Изделия и материалы, применяемые для кладки фундаментов и подземных стен, изготовляют из однородного камня, который не имеет следов выветривания, а также прослоек глины, трещин и расслоений. Для кладки надземных стен ( устоев мостов, укреплений откосов насыпей и берегов рек, кладки подпорных стенок) и для дробления на щебень применяют пиленные и колотые штучные камни, которые получают из известняков, вулканических туфов, доломитов и песчаников.

Лицевая поверхность стеновых камней и крупных стеновых блоков должна отвечать требованиям декоративности. Известняки и туфы, применяемые для изготовления стеновых камней должны иметь плотность 900…2200 кг/м³, предел прочности при сжатии 0,4…50 МПа, морозостойкость не ниже F15,
коэффициент размягчения 0,6…0,7.

Размеры стеновых камней 390 х 190 х 188 и 490 х 240 х 188 мм. Крупные стеновые блоки ( рисунок-2) изготовляют из горных пород с плотностью до 2200 кг/м³ и пределом прочности при сжатии 2.5 МПа и выше.Крупные стеновые блоки, предназначенные для механизированной укладки. имеют размеры от 300 х 800 х 900 до 3000 х 1000 х 500 мм.

Рисунок-2. Каменные стеновые блоки:

 

 

 

1-колотый; 2-тесаный; 3-пиленый

Облицовочные плиты и камни, элементы лестниц и и площадок, парапетов и ограждений изготовляют из блоков природного камня путем их распиливания или раскалывания с последующей механической обработкой. В зависимости от физико-механических свойств и строения исходной горной породы, блоки делят на четыре группы: 1-блоки из гранита, сиенита, диорита , лабрадорита, габбро, базальта, кварцита, диабаза.
2-блоки из мрамора, брекчии и конгломератов, карбонатных пород и гипсового камня.3- блоки из известняка и песчаника.4-блоки из вулканического туфа.Горные породы применяемые для изготовления блоков, должны иметь предел прочности при сжатии не менее 5 МПа, морозостойкость не менее F15, коэффициент размягчения 0,7…0,9. Размеры и объем блоков зависят от горной породы, из которой они изготовлены. Наименьший размер блоков из туфа 0,2…
0,4 м3, наибольший 0,7… 1,0 м3, а из гранита 0,5…3 м3.
Блоки, предназначенные для распиливания, не должны иметь сквозных трещин. Тонкие извилистые трещины, выходящие на две смежные грани, допускаются только в блоках из цветного мрамора.

Облицовочные плиты и камни изготовляют путем раскалывания или распиливанияблоков-полуфабрикатов.Облицовочным плитам придают самую разнообразную фактуру лицевой поверхности: зеркальную(полированную), получаемую из плотных горных пород (гранита, лабрадорита, мрамора, мраморовидного известняка, брекчии, конгломерата) обработкой полировочным порошком с накаткой глянца;

Лощеную — обработкой шлифовальным порошком без накатки глянца на плитах, изготовленных из плотных горных пород, исключая гипсовый камень; шлифовальную — шлифованием абразивными инструментами лицевой поверхности плит, изготовленных из гранита, сиенита, лабрадорита, известняка, вулканического туфа и других горных пород;

Пиленую — распиливанием на канатных пилах или распиловочных станках с прямолинейным движением рамы;точечную — обработкой крестовой бучардой; бороздчатую — применением пластинчатой бучарды или катучей фрезы;рифленую — обработкой фрезой; фактуру «скала» — раскалыванием камня с дополнительным сколом лицевой грани по периметру.

Плиты, применяемые для настилки полов и облицовки стен, имеют прямоугольную форму и размеры в зависимости от породы и фактуры поверхности камня. Для фактуры «скала» изделия должны иметь толщину не менее 150 мм; для точечной, бороздчатой и рифленой фактуры — не менее 60 мм, а зеркальной поверхности — не менее 12 мм. Плиты изготовляют шириной 200…400 мм и длиной З00… 1000 мм. Из более прочных пород плиты изготовляют больших, а из менее прочных — меньших размеров.

К профильным элементам облицовки стен относятся цокольные плиты и камни для обрамления порталов, пояски карнизов, угловые и подоконные плиты. Их изготовляют из тех же материалов, что и облицовочные плиты, и придают самую разнообразную фактуру лицевой поверхности.
Элементы лестниц и площадок, парапеты и ограждения делают из мрамора, известняка, туфа, гранита, сиенита и других горных пород.

Так же как и облицовочным плитам, лицевой поверхности элементов лестниц и площадок, парапетов и ограждений придают самую разнообразную фактуру в зависимости от вида горной породы. При изготовлении различных художественных предметов народного потребления, выполнении мозаичных работ и высоко декоративных отделок монументальных зданий широко применяют поделочный камень: яшму, родонит (орлец), лазурит,
нефрит, малахит, янтарь и др.

Необыкновенно обширная палитра красок, включающая практически все цвета спектра и бесконечно разнообразное количество оттенков, позволяет создавать из поделочного камня высокохудожественные произведения искусства. Многие его разновидности обладают выявляемым в разрезе после полировки природным рисунком и узором, чарующим своей фантастичностью, неповторимостью сюжета и необычностью сочетания красок.

Рисунок-3. Природный камень яшма

 

 

 

 

 

 

 

Яшмы цветные и пестроцветные, зеленого и красного цветов, обладающие высокой твердостью и прочностью, представляют большой интерес. Встречается яшма на Урале, в Караганде, Крыму, Закарпатье и других местах.

Рисунок-4. Природный камень орлец( родонит)

 

 

 

 

 

 

Родонит (орлец) представляет собой мелкозернистую породу, обладающую широким диапазоном красных расцветок древовидного рисунка отбледно-розовогодо интенсивно красного.

Орлец является полупрозрачным материалом. Благодаря значительным запасам этого камня в нашей стране его широко использовали при отделке станции «Маяковская» Московского метрополитена им. В. И. Ленина и других зданий.
Нефрит — природный камень зеленого цвета.

Обладая высокой твердостью и вязкостью, он трудно поддается обработке, однако это же его свойство обеспечивает возможность добиться исключительных эффектов в результате получения тончайших узоров.

Рисунок-5. Природный камень лазурит

 

 

 

 

 

 

 

Лазурит отбледно-голубогодоярко-синегоцвета с вкраплениями золотистого обладает сравнительно небольшой твердостью.

Рисунок-6. Янтарь

 

 

 

 

 

 

Янтарь желтый прозрачный имеет большую твердость. Известны случаи применения янтаря для отделки внутренних помещений дворцов. Природный гипс от белого до голубого цвета является широко распространенным поделочным камнем. Низкая твердость гипсового камня позволяет легко изготовлять из него сложные скульптурные изделия для интерьеров зданий, а также применять его в качестве облицовочного материала, более экономичного, чем мрамор.

Поделочные камни применяют не только для отделки интерьеров общественных зданий, но и в различных областях техники.

Материалы  для дорожного строительства

Материалы и изделия для дорожного строительства — бортовые камни, брусчатку, колотый или булыжный камень, щебень,
песок и минеральный порошок — получают из изверженных и осадочных горных пород.

Изверженные горные породы должны обладать следующими свойствами: предел прочности при сжатии глубинных горных пород — не менее 100, излившихся — не менее 60 МПа, коэффициент размягчения — не менее 0,9, водопоглощение — не более 1,0%, морозостойкость — не менее F25, сопротивление удару—не менее 150 Н· см/см3, плотность — 2300 кг/м3 и более.

Осадочные горные породы должны иметь плотность 2100 кг/м3, коэффициент размягчения не менее 0,75,водопоглощение не более 4%, морозостойкость не менее F 25 и сопротивление удару 150Н·см/см3. Горные породы не должны быть затронуты выветриванием .

Рисунок-7. Изделия для дорожного строительства

 

 

 

 

 

 

а) бортовой камень; 1-прямой; 2-лекальный; 3-для съездов; б) брусчатка

Бортовые камни применяют для отделения проезжей части улиц и тротуаров, а также автомобильных дорог от тротуаров на уникальных мостах и в туннелях. По форме бортовой камень представляет собой брус ( смотри рисунок-7,а) длиной 70…200 см с наклонной или вертикальной лицевой гранью в поперечном сечении.Верхняя часть бортового камня, выступающая над дорожным покрытием, обтесана чисто, а нижняя часть -грубо.По размерам бортовой камень бывает низкий -30 см и высокий -40 см с шириной по верху 10, 15 и 20 см.

Брусчатка — колотые или тесаные бруски (рисунок-7,б)высотой 10…16 см, шириной 12…15 см и длиной 15…25 см, по форме близки к параллелепипеду, а лицевая поверхность имеет форму прямоугольника. Предел прочности при сжатии исходной породы не ниже 100 МПа, водопоглощение не более 0,6%. Применяют при устройстве мостовых (особенно часто при крутых подъемах и спусках), трамвайного полотна, посадочных площадок трамвая и пр.

Колотый булыжный камень используют для укрепления откосов земляных покрытий и оснований. Колотый камень по форме близок к многогранной призме или усеченной пирамиде с площадью лицевой поверхности 100, 200 и 400 см2 при соответствующей высоте 16, 20 и 30 см. Лицевая поверхность и постель должны быть параллельны, на боковых гранях не должно быть выступов, препятствующих плотному примыканию к другому камню. Булыжный камень имеет овальную форму, его лицевая сторона должна быть больше поверхности постели. Размеры булыжного камня такие же, как и колотого камня.

Для подземных сооружений и мостов применяют плиты и камни из изверженных и осадочных горных пород. Для облицовки туннелей и надводных частей мостов используют гранит, диорит, габбро, диабаз, базальт с пределом прочности при сжатии не ниже 100 МПа. Морозостойкость указанных горных пород для этих целей F150….500. При изготовлении облицовочных плит из плотного известняка или песчаника их прочность должна быть не ниже 60, а морозостойкость не менее F100.

Для облицовки подводных частей мостов применяют изделия из гранита, диорита базальта и диабаза с пределом прочности при сжатии не менее 100 МПа и морозостойкостью не менее F150. Лицевые камни и облицовочные плиты для туннелей и мостов обрабатывают под фактуры «скала», бороздчатую или рифленую. Размеры и формы плит и камней устанавливают проектом.

Для гидротехнических сооружений применяют природные камни правильной или неправильной формы (рваные, обкатанные, колотые и пиленые, а также щебень), получаемые из изверженных, метаморфических или осадочных пород. Камни не должны иметь признаков выветривания, прослоек мягких пород — глины, гипса и других размокаемых и растворимых включений, а также рыхлых включений ракушек и видимых расслоений и трещин.

Камни для гидротехнического строительства, используемые для внутренней части набросанных плотин, могут быть из осадочных пород прочностью 60…80 МПа с коэффициентом размягчения не менее 0,7…0,8. Каменные материалы проверяют на влияние веществ, растворенных в воде (морской, грунтовой, речной, болотной).

Жаростойкие и химически стойкие материалы и изделия изготовляют из горных пород, не затронутых выветриванием. Для материалов и изделий, работающих в условиях высоких температур, используют хромит, базальт, диабаз, андезит, туф. Для защиты конструкций зданий от кислот (кроме плавиковой и кремнефтористоводородной) применяют облицовочные плиты из гранита, сиенита, диорита, кварцита, андезита, трахита, базальта, диабаза и кремнистого песчаника.

Защита от щелочей достигается применением изделий из плотных известняков, доломитов, мрамора, магнезита и известкового песчаника. Для защиты от действия высокой температуры и агрессивных сред используют камни правильной формы и фасонные, плиты облицовочные
и плиты для полов (гладкие и рифленые), камень, щебень и песок для бетонов и растворов, а также тонкомолотые порошки в качестве наполнителя для бетонов, растворов, мастик, замазок, шпаклевок и грунтовок.

Щебень получают дроблением различных горных пород до размера 5(3) …70 мм. Прочность щебня характеризуют маркой, соответствующей пределу прочности исходной горной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии и определяемой по дробимости щебня при сжатии (раздавливании) в цилиндре. По этому показателю щебень подразделяется на марки: из изверженных пород — 1400, 1200, 1000, 800 и 600; из осадочных и мета-
морфических пород — 1200, 1000, 800, 600, 400, 300 и 200.

Щебень высшей категории качества должен иметь марку по прочности не ниже 600 для щебня из осадочных пород и не ниже 800 для щебня из изверженных и метаморфических пород.
Кроме того, щебень, предназначенный для строительства автомобильных дорог, характеризуется износом в полочном барабане. По этому показателю установлено четыре марки щебня:И-I,И-II,И-ШиИ-IV.

В зависимости от назначения качество щебня определяют по следующим показателям: гранулометрическому составу, форме зерен, содержанию зерен слабых пород, наличию пылевидных и глинистых частиц, прочности и морозостойкости; кроме того, по петрографической характеристике плотности: истинной (без пор), средней (включая поры), насыпной (включая поры и межзерновые пустоты); пористости, пустотности и водопоглощению.

Гравий — это рыхлое скопление обломков горных пород размером 5(3) …70 мм, обкатанных в различной степени.
Песок — рыхлая масса, состоящая из зерен минералов и пород размером 0,16…5 мм. В зависимости от минералогического состава различают кварцевые, полевошпатовые, карбонатные пески. Применяют их для приготовления растворов и бетонов, для устройства оснований дорожных покрытий, дренажных сооружений.

Каменное литье

Некоторые магматические и метаморфические (кварциты) горные породы используют для футеровки разнообразных установок и аппаратов, подвергающихся действию кислот, щелочей, солей и агрессивных газов, а также испытывающих влияние высоких и резко меняющихся температур и давлений. Кислотоупорные породы идут на изготовление тесаных плит, кирпичей, брусков и фасонных изделий, а в дробленном и размолотом виде служат в качестве заполнителей и наполнителей в кислотоупорном бетоне, являются составными частями кислотоупорных цементов.

Рисунок-8. Каменное литье

 

 

 

 

 

 

 

 

В соответствии с назначением применяемые горные породы должны удовлетворять определенным требованиям, а именно:

1) быть кислотоупорными, т. е. хорошо сопротивляться воздействию различных кислот и других реагентов; это свойство оценивается по растворимости порошка породы в концентрированных кислотах (соляной, серной) при нагревании;

2) иметь высокую огнеупорность;

3) обладать достаточным сопротивлением сжатию и изгибу, а также вязкостью;

4) выдерживать резкие колебания температур.

Из изверженных горных пород кислотоупорными являются главным образом кислые мелкокристаллические, к которым относятся бештаунит, андезиты, граниты и некоторые туфы, а из метаморфических — кварциты.

Применение кислотоупорного штучного камня ограничено его высокой стоимостью, обусловленной трудностью добычи и обработки, а также малым выходом готовой продукции из горной массы. Полноценным заменителем камня служит значительно более дешевый кислотоупорный бетон. Со штучным тесаным камнем соперничает также искусственный литой камень (базальтовый, диабазовый).

При камнелитейном производстве, минуя трудоемкую и дорогостоящую механическую обработку, путем плавления и отливки камню придают необходимую форму, сохраняя или даже улучшая при этом его первоначальные свойства. Для этой цели применяют магматические породы, преимущественно базальты и диабазы.

Производство литого камня состоит из расплавления, отливки в формы, кристаллизации и охлаждения. Плавление исходного камня, раздробленного до кусков размерами 50 — 150 мм, производится в пламенных или дуговых электропечах при температурах 1350 — 1450°С. Полученный однородный расплав застывает в виде стекловидной хрупкой массы. Чтобы избежать этого, форму с расплавом помещают в специальную обжигательную печь для отжига, где отливку выдерживают при температуре 900 — 1000°С в течение определенного времени. Цель обработки — получить изделие с кристаллической структурой и снять внутренние напряжения, возникшие при отливке. Лишь затем отливка медленно охлаждается и в случае, если требуется изделие точных размеров, подвергается механической обработке.

Отливки из расплавленных горных пород характеризуются высокими показателями механической прочности, плотностью, морозостойкостью и кислотоупорностью, нередко лучшими, чем у исходной породы.

Из плавленых пород получают разнообразные изделия: плиты для полов и тротуаров, лестничные ступени, плиты для облицовки стен, электроизоляторы, разнообразные детали для аппаратуры в химической промышленности, кислотоупорные трубы и желоба, шары для шаровых мельниц и т. п. Литой базальт иногда применяется как заменитель металла.

Перевозка и хранение материалов и изделий из природного камня.

Облицовочные плиты, камни и другие изделия после их изготовления маркируют. Для этого на тыльной стороне облицовочной плиты или на торцовой части камней несмываемой краской указывают тип камня, плиты или блока, основные размеры (длину, ширину). На блоке, предназначенном для распиловки, также указывают объем его и наименование (шифр) карьера изготовителя.
Изделия при перевозке следует предохранять от загрязнения и повреждений. Бутовый и валунный камень, щебень, брусчатку и колотый камень необходимо перевозить навалом или в контейнерах. Бутовый камень хранят в штабелях навалом по маркам и породам, а брусчатку — в штабелях по сортам и классам.

Блоки для распиливания, крупные стеновые блоки, бортовые камни разрешается перевозить на открытых платформах без тары с укладкой правильными рядами на подкладках и прокладках с учетом обеспечения предохранения от повреждений. Хранение их разрешается на открытых спланированных площадках, обеспечивающих отвод ливневых вод.

Облицовочные плиты перевозят в прочной таре в вертикальном положении попарно, лицевыми поверхностями друг к другу, с прокладкой бумаги между ними и закрепленными клиньями. Плиты изверженных пород разрешается перевозить без тары, установленными на ребро и разделенными деревянными прокладками; хранить их можно на открытых складах. Плиты из мрамора, известняков и туфа хранят в закрытых складах.

Предохранение каменных материалов от разрушения

Основные причины разрушения природных каменных материалов в сооружениях: замерзание воды в порах и трещинах, вызывающее внутренние напряжения; частое изменение температуры и влажности, вызывающее появление в материале микротрещин; растворяющее действие воды и понижение прочности при водонасыщении; химическая коррозия, происходящая под действием газов, содержащихся в атмосфере (SO2, СO2, и др.), и веществ, растворенных в грунтовой или морской воде.

Конструктивную защиту открытых частей сооружений (цоколей, карнизов, поясков, столбов, парапетов) сводят к приданию им. такой формы, которая облегчает отвод воды. Этому же способствует гладкая полированная поверхность облицовки и профилированных деталей. Стойкость пористых каменных материалов, которые не полируются, повышают путем пропитки поверхностного слоя уплотняющими составами и нанесения на лицевую поверхность гидрофобизующих (водоотталкивающих) составов. Кремнефторизацию (или флюатирование) применяют для повышения стойкости наружной облицовки и других материалов, полученных из карбонатных пород.
При пропитывании известняка раствором флюата ( соли кремнефтористоводородной кислоты) происходит химическая реакция:
2CaCO3+MgSiF6=2CaF2+MgF2+SiO2+2CO2↑

Полученные нерастворимые в воде вещества CaF2, MgF2, SiO2 отлагаются в порах и уплотняют лицевой слой камня. В результате этого уменьшается его водопоглощение и возрастает морозостойкость; облицовка из камня меньше загрязняется пылью. Некарбонатные пористые каменные материалы предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей (например, СаС), а после этого пропитывают флюатами.

Каменные материалы из песчаников обрабатывают, применяя вначале раствор калийного мыла, а затем раствор уксуснокислого глинозема. В результате химического взаимодействия этих веществ в порах и на поверхности камня образуется алюминиевая соль жирной кислоты, практически не растворимая в воде.

Гидрофобизация, т. е. пропитка гидрофобными составами (например, кремнийорганическими жидкостями), понижает проникновение влаги в пористый камень, в частности, при капиллярном подсосе. Начинают применять для защиты камня от коррозии пленкообразующие полимерные материалы — прозрачные и окрашенные.