Строительные Материалы Из Природного Камня

Минерально-сырьевой базой промышленности строительных материалов служат нерудные полезные ископаемые, к которым относятся горные породы в виде естественных, т. е. природных, строительных материалов или сырья для производства искусственных строительных материалов.

Горные породы служат основной сырьевой базой для промышленности строительных материалов. Из них получают нерудные строительные материалы, минеральные вяжущие вещества, керамические материалы, строительное стекло, заполнители и наполнители для композиционных составов, в т. ч. бетонов и растворов, конструкционные и отделочные материалы и изделия специального назначения (теплоизоляционные, акустические, кислотостойкие и др.).

Они могут применяться:

• в естественном виде ‒ получаемые в результате только механической переработки без изменения состава и внутреннего строения, так называемые «каменные материалы и изделия»;
• в качестве сырья для производства искусственных строительных материалов и изделий (обжиговые, безобжиговые и др.).

Материалы и изделия из природного камня, используемые в естественном виде, можно условно разделить на три основные группы:

• материалы, применяемые без обработки (ГОСТ 31426) – в исходном виде (валунный и булыжный камни, гравий, песок, песчано-гравийные смеси и др.);
• изделия правильной геометрической формы, полученные непосредственно из горного массива (блоки, камни стеновые и др.);
• облицовочные (декоративные) изделия (плиты, ступени, проступи, парапеты и др.).

Для оценки пригодности горной породы в качестве сырья для производства изделий предварительно проводят минералого-петрографические исследования (макро- и микроскопические), определяют физико-механические и химические показатели горной породы, оценивают ее декоративность (цвет, текстуру и пригодность к полировке), радиационные характеристики, показатель технологичности и др. Затем по установленным показателям определяют область назначения горной породы. В зависимости от назначения и условий применения различают изделия, которые не несут существенной механической нагрузки (например, плиты для внутренней и внешней облицовки) и воспринимающие главным образом большие механические нагрузки, а также камни для сооружения крупных архитектурных декоративных деталей (пилоны, колонны) и монументальные памятники.

Блоки из горных пород (СТБ ЕН 771-6 и ГОСТ 9479) имеют форму прямоугольного параллелепипеда или близкую к нему с размерами от 0,4 до 3,5 м по длине и от 0,2 до 2,0 м по ширине и высоте (рис. 1). Получают их способом пиления или раскола из массивов горных пород, не тронутых выветриванием. Оценка блоков производится по внешним показателям, геометрическим параметрам и физико- механическим характеристикам. На блоках не допускаются трещины с нарушением сплошности, ограничивается содержание контрастных прожилок, полос, каверн и пятен. Предназначаются такие блоки (полуфабрикаты) для изготовления облицовочных плит, архитектурно-строительных изделий, бортовых и брусчатых камней, заготовок для реставрационных работ и мемориальных изделий.

Рис. 1. Блоки из горных пород

Стеновые камни (ГОСТ 4001) и блоки (ГОСТ 15884) получают, как правило, из пористых горных пород (пористых известняков, вулканического туфа и др.) плотностью 900...2200 кг/м3. Лицевая поверхность их должна отвечать требованиям декоративности, прочность на сжатие составлять 0,4...50 МПа, морозостойкость – не менее F15, коэффициент размягчения – 0,6...0,7. Правильную геометрическую форму им придают выпиливанием или раскалыванием массивов горных пород, а также путем отбора и доработки крупноглыбовых отходов камнедобычи. Размеры могут быть различны (от 195х190х188 мм до 490х240х188 мм), но, как правило, кратны единому строительному модулю 100 мм с учётом швов в кладке. Каждый такой стеновой камень заменяет 8...12 и более кирпичей. По назначению они могут быть рядовые и лицевые. Применяют их для кладки несущих стен малоэтажных зданий, декоративных стен, перегородок, колонн, элементов оград, декоративных заборов, пристроек к дому, хозяйственных построек, опорных стен, парапетов и других частей зданий и сооружений, элементов ландшафтной и садово-парковой архитектуры.

Природный камень для декоративно-облицовочных изделий подбирается с учётом назначения зданий и климатических условий, в которых будет находиться облицовка. Такими породами могут быть гранит, кварцит, диорит, сиенит, лабрадорит, габбро, мрамор, известняки, вулканические туфы, травертин, гипсовый камень, песчаники и др. Получают их, как правило, из уже заготовленных блоков- полуфабрикатов путём распиливания (рамными, канатными, ленточными, дисковыми пилами) или раскалывания с последующей механической обработкой для придания определённой формы, размеров и фактуры лицевой поверхности.

Одним из важнейших признаков пригодности горной породы для использования в качестве декоративно-облицовочных изделий являются его художественно- эстетические характеристики, объединяемые в понятие «декоративность». Под термином «декоративность» подразумевается совокупность свойств камня, включающих структуру, текстуру, фактуру, цвет, окраску, рисунок и др. В архитектурно-строительной практике с определенной долей условности принято в зависимости от перечисленных показателей (путем их суммирования по бальной системе) устанавливать класс декоративности облицовочного камня. Всего выделяется четыре класса декоративности (I...IV): высоко декоративные (I) – 32, декоративные (II) – 23...32, мало декоративные (III) – 15...23 и не декоративные (IV) – менее 15 баллов. Декоративные качества горных пород наиболее полно раскрываются при фактурной обработке их лицевой поверхности (рис. 2).

Рис. 2. Типы фактур лицевой поверхности природного камня

Фактурная обработка поверхности камня производится чаще всего ударными и абразивными инструментами. В зависимости от желаемого декоративного эффекта и вида обработки можно получить следующие фактуры поверхности.

Ударной обработкой получают:

• фактуру «скалы» с крупными буграми и впадинами высотой рельефа до 5...15 см достигают в результате скалывания кусков с обрабатываемой поверхности вручную или механическим путём;
• рифлёную и бороздчатую (кованую) с правильным чередованием гребней и впадин глубиной от 0,5 до 2 мм;
• точечную – равномерно шероховатую с точечными неровностями (выбоинами) рельефа до 2 мм;
• с выступами и углублениями – при применении пневматического молота;
• тёсаную – при применении зубчатого долота;

Абразивной обработкой получают:

• пиленую – не подвергшуюся никакой обработке после распиливания камня алмазными дисковыми пилами с неровностями рельефа в пределах 2 мм;
• шлифованную (грубо, средне и тонко шлифованную) – равномерно шероховатую со следами обработки абразивным инструментом и глубиной рельефа до 0,5 мм;
• лощёную – гладкую бархатисто-матовую с выявленным рисунком и цветом камня, но не имеющую блеска;
• полированную – гладкую с зеркальным блеском, полностью выявляющую цвет и текстуру камня.

Фактура (от лат. facture – обработка, строение) лицевой поверхности – показатель, определяемый характером и высотой рельефа поверхности. Декоративность горной породы – совокупность художественно-эстетических свойств поверхности горной породы, оцениваемых по показателям полируемости, цвета, рисунка и структуры. Полируемость ‒ свойство горной породы приобретать зеркальную поверхность. Рисунок горной породы – совокупная характеристика, оцениваемая характером текстуры и структуры, расположением, конфигурацией и сочетанием различных цветов и оттенков, наличием прожилок и включений (ГОСТ 9479).

Фактурная обработка должна в наибольшей степени раскрывать цвет, кристаллическое строение и текстуру камня и в то же время способствовать наибольшей его сохранности в облицовке. Ударные фактуры (фактуры скалывания), выполняемые с помощью ручных, пневматических и других полумеханизированных инструментов, несколько разрушают поверхностный слой камня, понижают его морозостойкость и долговечность и поэтому должны применяться для твёрдых пород. Абразивные фактуры получают шлифованием и полированием пиленой поверхности камня. Они сглаживают поверхность камня, уменьшают его запыление, задерживают впитывание влаги и делают камень более долговечным.

Фактуру лицевой поверхности можно получать также с помощью ультразвука (с выявленным цветом и рисунком камня), термоинструментов (с получением шероховатой поверхности со следами шелушения), огневой (термической), пескоструйной, водоструйной обработки, состариванием камня (с «античной» фактурной лицевой поверхностью). В этом случае выбоины и трещины выступают в роли элементов декора, придающего современному изделию вид антикварной редкости.

Качество готовых облицовочных изделий тоже оценивается декоративностью горной породы, показателями внешнего вида (фактурой и качеством лицевой поверхности, наличием повреждений углов, сколов, раковин, трещин), геометрическими размерами и формой (отклонением от геометрических размеров, плоскостности), физико-механическими характеристиками (ГОСТ 9479), долговечностью и др. Соответствие внешнему виду облицовочных изделий (общая окраска, рисунок прожилок, структура и характер поверхности) устанавливается по образцу-эталону, параметры и методика установления которых приведены в соответствующих стандартах. За долговечность принимается количество лет эксплуатации до начала разрушения камня. Для кварца начало разрушения наступает через 650 лет, гранитов и лабрадоритов – 220...350 лет, мраморов – 20...130 лет.

Облицовочные плиты и плитки (ГОСТы 9480 и 30629) применяются для облицовки наружных и внутренних стен зданий и сооружений различного назначения (СТБ ЕН 1469), для покрытий пола и лестничных ступеней, облицовки стен и перекрытий (СТБ ЕН 12057 и 12058) и для переработки на архитектурно-строительные изделия. Изготовляют их в виде слэбов (заготовок, полуфабрикатов) и мерных плит модульных размеров, мелко- и толстомерных и колотых плит (рис. 3). Размеры плит: длина от 150 до 1500 мм, ширина от 150 до 1200 мм и толщина – 12...80 мм и более (по согласованию с заказчиком); плиток – толщина не более 12 мм, длина и ширина не более 610 мм.

Рис. 3. Бортовой камень и тротуарная плитка из природного камня

Слэбы – частично обработанные, неокантованные, крупноразмерные плиты-заготовки прямоугольной формы размером: длина – 1500...3200 мм, ширина – 600...2200 мм и толщина – 15...40 мм. Мерные плиты получают раскроем с окантовкой слэбов на заданные размеры прямоугольной формы. Модульные плиты (СТБ ЕН 12057) – унифицированные изделия квадратной или прямоугольной формы с соотношением сторон 1:1,5 и 1:2, кратные модульному размеру 300 мм или 305 мм (12 дюймов) и толщиной 8...20 мм. Толстомерные плиты тоже изделия квадратной или прямоугольной формы, частично или полностью обработанные до заданных размеров: длина 700...2800 мм, ширина 700...1500 мм и толщина 40...150 мм. Мелкоразмерные плиты получают из отходов камнеобработки (окола) размером по длине 150...600 мм, ширине 50...150 мм и толщине 5...20 мм. Колотые плиты получают путем расслоения осадочных или метаморфических горных пород по слою. Могут быть окантованные и неокантованные толщиной 5...100 мм и длиной (шириной) 200...2000 мм.

Качественными характеристиками по СТБ ЕН 1469, 12057 и 12058 таких изделий являются:

• внешний вид;
• прочность при изгибе и прочность сцепления;
• разрушающая нагрузка в анкерном устройстве;
• сопротивление истиранию и скольжению, тактильные или эргономические свойства;
• капиллярное водопоглощение при атмосферном давлении;
• горючесть;
• средняя плотность и открытая пористость;
• морозостойкость;
• устойчивость к термическому удару;
• паропроницаемость.

В номенклатуру архитектурно-строительных изделий (ГОСТ 23342) входят плиты цокольные и камни для обрамления порталов, пояски карнизов, угловые и подоконные плиты, элементы лестниц и площадок, ступени, проступи, парапеты и т. п. Из горных пород получают также камни для монументальных работ (СТБ ЕН 12059), плиты для покрытий дорожных одежд пешеходных зон (СТБ ЕН 1341), камни для мощения дорожных покрытий пешеходных и транспортных зон (СТБ ЕН 1342), бортовые камни (СТБ ЕН 1343), брусчатку для дорожных покрытий (ГОСТ 23668), прессованные, формованные или склеенные из кусков камня декоративные плиты (СТБ 1101), декоративные песок и щебень (ГОСТ 22856) и другие изделия. Их изготовляют из тех же пород, что и облицовочные плиты, и придают самую разнообразную фактуру лицевой поверхности.

Находят место в строительной промышленности и отходы от обработки горных пород – используя оборудование для производства кирпича и плитки, а также оборудование для производства блоков по технологии гиперпрессования выпускают искусственные строительные материалы имеющие аналогичные характеристики, а иногда и выше чем у природных материалов.

Природные строительные каменные материалы получают из горных пород либо в готовом виде, например песок и гравий, либо путем механической обработки, например декоративный камень, бортовой камень.

Искусственные строительные материалы получают из горных пород путем их термической обработки. К таким материалам относятся Вяжущие вещества, керамика, стекло, силикатный кирпич, каменное литье, огнеупорные материалы, а также стеклокристаллический материал - шлакоситалл.

Сырьем для искусственных материалов являются: мергели - для цемента, глина и суглинки - для кирпича, кварцевый песок - в стекольной промышленности, базальты и диабазы - в камнелитейном производстве и т. д. Основным исходным сырьем для получения шлакоситалла служат металлургические шлаки, к которым добавляют песок и специальные присадки.

По объемам использования в строительстве ведущее место принадлежит природным каменным материалам, которые необходимы для удовлетворения огромной потребности в заполнителях для бетона различных видов (песок, гравий или щебень) и для строительных растворов (песок), для выполнения каменной кладки (бутовый камень, стеновые камни и т. д.).

Большое значение в строительстве имеет природный камень как облицовочный материал, который предназначен не только для того, чтобы сохранить здания и сооружения, но и для их украшения. Поэтому природный камень, применяемый в качестве облицовочного материала, кроме высокой прочности и долговечности, должен еще обладать определенными декоративными качествами (от латинского слова «декоро» - украшаю), т. е. иметь красивую расцветку и рисунок, которые придают камню в целом приятный внешний вид.

Рисунок в виде сложного разветвленного узора делает камень более декоративным. Прямолинейный рисунок, грязные пятна и включения, неполирующиеся участки и другие подобные дефекты значительно снижают декоративность камня.

По степени декоративности камень подразделяется на четыре класса: высокодекоративный, декоративный, малодекоративный и недекоративный. Декоративность камня может быть оценена экспертным способом по балльной системе.

Природный камень, используемый в качестве строительного материала для облицовки зданий, называют декоративным или облицовочным. В указанном смысле это термины-синонимы, каждый из которых выражает одно и то же понятие, а именно камень для облицовки, имеющий приятный внешний вид.

В связи с высокими темпами капитального строительства в нашей стране и повышением его качества резко увеличилась потребность в облицовочном камне, объемы и темпы производства которого непрерывно возрастают. В этой ситуации актуальным становится организация производств по выпуску гиперпрессованного кирпича используя гидравлические станки для кирпича и плитки высокого давления.

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.

Горные породы для производства строительных материалов и изделий выбирают на основании результатов испытаний образцов из них и технико-экономического анализа, целесообразности использования данной породы в конкретных условиях.

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), для этого используют изверженные горные породы, метаморфические и осадочные. 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 плиты облицовочные из природного камня: гранит, сиенит, диорит, кварцит, андезит, трахит, базальт, диабаз и кремнистый песчаник. 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 метаморфических 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 автомобильных дорог, характеризуется строительства износом в полочном барабане. По этому показателю установлено четыре марки щебня: И-I, И-II, И-III и И-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.

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 и булыжник для мощения - в штабелях по сортам и классам.

Блоки для распиливания, крупные стеновые блоки, надолбы и 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.