Строительные каменные материалы
Строительные каменные материалы — обширная группа строительных материалов и изделий камневидного строения. Различают каменные материалы природные, получаемые механической обработкой (иногда и без специальной обработки) горных пород и искусственные, производимые технологической переработкой исходного минерального сырья. Благодаря высоким строительным качествам (долговечности, прочности, морозостойкости и др.), распространённости и неограниченным запасам природного сырья, каменные материалы широко применяются в современном строительстве. Они являются основными строительными материалами для возведения жилых, общественных, промышленных зданий и различных инженерных сооружений. По форме каменные материалы делятся на материалы, состоящие из кусков неправильной формы (бутовый камень, щебень), и штучные изделия, имеющие правильную форму (блоки, плиты, фасонные изделия). В зависимости от плотности (объёмной массы) каменные материалы разделяют на тяжёлые (более 1800 кг/м3), лёгкие (от 1800 до 1200 кг/м3) и особо лёгкие (менее 1200 кг/м3). Искусственные каменные материалы, используемые в качестве теплоизоляционных материалов, могут иметь плотность в пределах 500 кг/м3.
Основной показатель каменные материалы — предел прочности при сжатии, характеризуемый маркой. По этому признаку каменные материалы делятся на прочные — от 10 до 300 Мн/м2 (1 Мн/м2 » 10 кгс/см2), средней прочности — 2,5-10 Мн/м2 и малопрочные — 0,4-5 Мн/м2. Прочность каменные материалы при растяжении в 7-15 раз ниже прочности при сжатии, поэтому искусственные каменные материалы часто армируют волокнистыми материалами (асбестом, стеклянным или органическим волокном) или металлом (стальная арматура). каменные материалы, используемые в наружных конструкциях, должны обладать определённой степенью морозостойкости и водостойкости. В зависимости от областей применения каменные материалы оценивают также по водопоглощению, кислотостойкости, степени истираемости и т.п.
Природные каменные материалы по способам их механической обработки делятся на следующие основные разновидности: песок и гравий, получаемые просеиванием и промывкой соответствующих рыхлых горных пород; бутовый камень, добываемый главным образом разработкой (при взрывных работах) известняков, песчаников и др. осадочных пород; щебень, получаемый дроблением горных пород; пилёные камни и блоки, выпиливаемые из лёгких горных пород (туфы, ракушечники и др.) непосредственно в карьере камнерезными машинами; облицовочные камни, плиты и фасонные изделия (см. Отделочные материалы), изготовляемые на специализированных камнеобрабатывающих предприятиях из декоративных горных пород (мрамор, гранит, известняк и др.).
Погрузка известнякового щебня в вагоны.К природным каменные материалы, в зависимости от их назначения (гидротехнические сооружения, дорожное строительство, наружная или внутренняя отделка зданий), предъявляют различные требования, установленные соответствующими СНиП и ГОСТами. Наиболее распространённые природные каменные материалы — песок, гравий и щебень — широко применяются в качестве заполнителей при изготовлении бетонов и растворов строительных. Бутовый камень служит в основном для кладки фундаментов зданий, подпорных стен и т.п. Пилёные камни и блоки используются главным образом как местные стеновые материалы. Облицовочные камни, плиты и фасонные изделия с различным характером поверхности (фактуры) — колотые, тёсаные, шлифованные и полированные — применяют в большом объёме для наружной и внутренней отделки зданий, настилки полов, изготовления ступеней, парапетов, ограждений и др. Этому способствуют их высокие декоративные качества и долговечность, а также снижение их стоимости в результате внедрения новейших методов обработки (алмазного инструмента, термообработки, способов механизированного раскалывания и др.).
Горные породы широко используют в качестве сырья для изготовления разнообразных искусственных каменные материалы (например, керамики, стекла, теплоизоляционных материалов), а также неорганических вяжущих веществ (гипса, извести и цемента). В производстве этих материалов и изделий применяют технологические процессы, изменяющие состав, строение и свойства природных каменные материалы Искусственные каменные материалы могут быть получены следующими основными способами формования: из глиняных и др. керамических масс с последующим обжигом (кирпич глиняный, камни керамические); из силикатных расплавов (каменное литьё, шлаковое литьё, стеклянные изделия); из смесей, содержащих вяжущее вещество, — изделия из бетонов и строительных растворов (например, бетонные, железобетонные и силикатобетонные панели и блоки, силикатный кирпич и др.).
ИЗВЕСТНЯК, осадочная порода, сложенная преимущественно карбонатом кальция — кальцитом. Благодаря широкому распространению, легкости обработки и химическим свойствам известняк добывается и используется в большей степени, чем другие породы, уступая только песчано-гравийным отложениям. Известняки бывают разных цветов, включая черный, но чаще всего встречаются породы белого, серого цвета или имеющие коричневатый оттенок. Объемная плотность 2,2-2,7. Это мягкая порода, легко царапающаяся лезвием ножа. Известняки бурно вскипают при взаимодействии с разбавленной кислотой. В соответствии со своим осадочным происхождением имеют слоистое строение. Чистый известняк состоит только из кальцита (редко с небольшим содержанием другой формы карбоната кальция — арагонита). Присутствуют и примеси. Двойной карбонат кальция и магния — доломит — обычно содержится в переменных количествах, и возможны все переходы между известняком, доломитовым известняком и горной породой доломитом. В процессе отложения известняка водой привносятся также глинистые частицы, порода становится глинистой, стираются четкие границы между известняком, глинистым известняком и глинистым сланцем. Кремень тоже является обычной примесью; он нередко присутствует в форме желваков (кремневых конкреций) или в виде более или менее явно выраженных слоев. При метаморфизме, по мере того, как перекристаллизация кальцита охватывает всю породу и возникает мозаичная структура (агрегат из четко ограниченных плотно прилегающих друг к другу изометричных зерен приблизительно одинакового размера), известняк постепенно превращается в мрамор.
Существует много разновидностей известняка. Ракушечником называют скопления обломков раковин, сцементированных в ячеистый агрегат. Если раковины имеют микроскопическую величину, образуется слабосвязанная, мягкая, тонко крошащаяся, мажущая порода — мел. Оолитовый известняк состоит из мелких, размером с рыбьи икринки, сцементированных между собой шариков. Ядро каждого такого шарика-оолита может быть представлено песчинкой, обломком раковины или частицей какого-либо другого инородного материала. Если шарики более крупные, величиной с горошину, их называют пизолитами, а породу — пизолитовым известняком. Травертин — известняк, образовавшийся на поверхности в результате осаждения карбоната кальция (кальцита или арагонита) из воды углекислых источников. Если такие отложения сильно пористые (губчатые), их называют известковым туфом. Мергель представляет собой несцементированную смесь карбоната кальция и глины. Названия некоторых разновидностей известняка обусловлены возможным направлением его практического использования. Например, литографический известняк — это исключительно плотный, компактный и однородный камень, применяемый в литографии.
Асфальтобетон является наиболее качественным и долговечным дорожным покрытием.Хотя известняки могут образовываться в любых пресноводных и морских бассейнах, преобладающее большинство этих пород имеет морское происхождение. Иногда они осаждаются, подобно соли и гипсу, из воды испаряющихся озер и морских лагун, но, по-видимому, бульшая часть известняков отложилась в морях, не испытавших интенсивного высыхания. По всей вероятности, формирование большинства известняков начиналось с извлечения живыми организмами карбоната кальция из морской воды (для построения раковин и скелетов). Эти остатки отмерших организмов в изобилии накапливаются на морском дне. Самым ярким примером аккумуляции карбоната кальция служат коралловые рифы. В некоторых случаях в известняке различимы и узнаваемы отдельные раковины. В результате волно-прибойной деятельности и под влиянием морских течений рифы разрушаются. К известковым обломкам на морском дне добавляется карбонат кальция, осаждающийся из насыщенной им воды. В образовании более молодых известняков участвует также кальцит, поступающий из разрушенных более древних известняков.
Известняки встречаются почти на всех материках, за исключением Австралии. Они сформировались в разные геологические эпохи. Мощность пластов варьирует от нескольких сантиметров до сотен метров. Известняки распространены в США и занимают 75% площади страны. В России известняки обычны в центральных районах европейской части, а также распространены на Кавказе, Урале и в Сибири.
Известняки (в широком понимании) имеют чрезвычайно многообразные области применения. Они используются в виде кускового известняка, щебня, штучного (пильного, стенового) и бутового камня, облицовочных плит, минеральной крошки, дробленого песка, минерального порошка, минеральной ваты, известняковой муки. Основные потребители — цементная промышленность (известняк, мел и мергель), строительство (получение строительной извести, бетонов, штукатурки, строительных растворов; кладка стен и фундаментов; декоративно-облицовочные работы и т.д.), дорожное и железнодорожное строительство, каменная наброска для защиты берегов и гидротехнических сооружений, металлургия (известняк и доломит — флюсы и огнеупоры, переработка нефелиновых руд на глинозем, цемент и соду), сельское хозяйство (известняковая мука в агротехнике и животноводстве), нефте- и коксохимическая, пищевая (особенно сахарная), целлюлозно-бумажная, стекольная (известняк, мел, доломит), кожевенная (известняк), резиновая, кабельная, лакокрасочная промышленность (мел как наполнитель). Другие области применения — полировка изделий из цветных металлов и перламутра (известняк), электросварка (мел для покрытия электродов), писчие мелки (мел), теплоизоляция строительных конструкций и технологического оборудования (минеральная вата) и т.д.
В России известняк добывается карьерами в Подмосковье, Ленинградской (облицовочный), Архангельской, Вологодской, Тульской, Белгородской, Воронежской областях, в Предуралье (Пермская область) и Поволжье, Краснодарском крае, на Северном Кавказе, на Урале, в ряде районов Восточной Сибири. Из подмосковных мячковских известняков возводились храмы и другие постройки Москвы белокаменной. Сырьевые ресурсы карбонатного сырья (известняка, мела, мергеля, доломита) в стране практически неисчерпаемы, хотя распределены очень неравномерно. В Донецкой области на Украине находится крупнейшее в Европе Еленовское месторождение известняка и доломита.
ГРАВИЙ (от франц. gravier), рыхлая горная порода, состоящая из более или менее скатанных обломков горных пород и (реже) различных минералов размером в поперечнике от 1 до 10 мм (по другим данным, от 2 до 20 мм). По размеру гравий можно подразделить на мелкий (1—2,5 мм), средний (2,5—5 мм) и крупный (5—10 мм). По происхождению гравий подразделяют на речной, озёрный, морской и ледниковый. гравий применяется как строительный материал, в качестве крупного заполнителя для бетона, в дорожном строительстве. Сцементированный гравий называется гравелитом.
ГРАНИТ, самая распространенная горная порода в континентальной земной коре. Это явнокристаллическая крупно-, средне- или мелкозернистая массивная изверженная порода, образовавшаяся в результате медленного остывания и затвердевания на большой глубине магматического расплава. Гранит может сформироваться также при метаморфизме, в результате процессов гранитизации различных пород. Отдельным гранитным массивам зачастую приписывается то магматическое, то метаморфическое, а то и смешанное происхождение.
Щебень наиболее популярный строительный материал в дорожно-ремонтных работах.Окраска гранита преимущественно светло-серая, но нередки также розовые, красные, желтые и даже зеленые (амазонитовые) граниты. Строение обычно равномернозернистое, большинство зерен имеет неправильную форму вследствие стесненного роста при массовой кристаллизации. Встречаются порфировидные граниты, в которых на фоне мелко- или среднезернистой основной массы выделяются крупные кристаллы полевых шпатов, кварца и слюды. Главные породообразующие минералы гранита — полевой шпат и кварц. Полевой шпат представлен в основном одним или двумя видами калиевого полевого шпата (ортоклазом и/или микроклином); кроме того, может присутствовать натриевый плагиоклаз — альбит или олигоклаз. Цвет гранита, как правило, определяет преобладающий в его составе минерал — калиевый полевой шпат. Кварц присутствует в виде стекловидных трещиноватых зерен; обычно он бесцветен, в редких случаях имеет голубоватый оттенок, который может приобретать вся порода. В меньших количествах гранит содержит один или оба самых обычных минерала группы слюд — биотит и/или мусковит, а кроме того, рассеянную вкрапленность акцессорных минералов — микроскопических кристалликов магнетита, апатита, циркона, алланита и титанита, иногда ильменита и монацита. Спорадически наблюдаются призматические кристаллы роговой обманки; в числе акцессориев могут появляться гранат, турмалин, топаз, флюорит и др.
С увеличением содержания плагиоклаза гранит постепенно переходит в гранодиорит. С уменьшением содержания кварца и калиевого полевого шпата гранодиорит происходит постепенный переход в кварцевый монцонит, а затем — кварцевый диорит. Граниты с низким содержанием темноцветных минералов называют лейкогранитами.
В краевых зонах гранитных массивов, где быстрое остывание магмы задерживает рост кристаллов породообразующих минералов, гранит постепенно переходит в тонкозернистые разности. К гранит-порфирам относят разновидность гранита, состоящую из отдельных крупных зерен (вкрапленников), погруженных в более мелкозернистую основную массу, которая состоит из мелких, но еще различимых глазом кристаллов. В зависимости от присутствия второстепенных, преимущественно темноцветных, минералов различают несколько разновидностей гранита, например, роговообманковый, мусковитовый или биотитовый.
Главная форма залегания гранита — батолиты, представляющие собой огромные массивы площадью от сотен до тысяч квадратных километров и мощностью 3-4 км. Граниты могут залегать в виде штоков, даек и интрузивных тел иной формы. Иногда гранитная магма образует послойные инъекции, и тогда граниты образуют серию пластообразных тел, чередующихся с пластами осадочных или метаморфических пород. Граниты широко распространены на всех материках. Чаще всего они выходят на поверхность в областях, сложенных древними породами, где в результате эрозионно-денудационных процессов были разрушены перекрывающие их отложения. В США граниты распространены вдоль побережья Атлантического океана (от шт. Мэн на севере до шт. Джорджия на юге), слагают крупные массивы на севере страны, в центральной части плато Озарк, в горах Блэк-Хилс и Передовом хребте Скалистых гор. В России граниты широко распространены в Карело-Кольском регионе, на Урале, в Восточной Сибири, на Дальнем Востоке, Кавказе и др.
Гранит давно используется человеком как строительный камень благодаря однородной структуре, приятной окраске, большой прочности и довольно простым способам добычи и обработки. Основные недостатки гранита — шероховатая поверхность, аккумулирующая грязь и копоть, а также быстрое растрескивание или выкрашивание при пожаре. Примерно половина добываемого гранита (по стоимости) находит применение в качестве штучного (пильного, или стенового, а также облицовочного) камня, т. е. блоков или плит, а другая половина — в дробленом и измельченном виде. Из штучного камня изготавливают памятники. В США гранит добывается главным образом в Вермонте, Джорджии, Южной Дакоте и Висконсине. Дробленый и измельченный гранит (гранитный щебень и отчасти бут) используется в основном в производстве бетона, для дорожных покрытий, в качестве каменной наброски и железнодорожного балласта. Главные производители гранитного щебня и бутового камня в США — штаты Калифорния, Северная Каролина, Джорджия, Южная Каролина и Вермонт.
В России известно более 50 месторождений гранита, пригодного для использования в качестве штучного камня, а также бута и щебня, — на Карельском перешейке, в Прионежье и Приладожье, Архангельской и Воронежской областях, на Урале (в Свердловской и Челябинской областях), в Приморье и Хабаровском крае, Восточном Забайкалье и др. Особенно декоративны граниты-рапакиви Северо-Запада России и амазонитовые граниты Забайкалья и Ильменских гор на Урале. Некоторые месторождения разрабатываются периодически, главным образом на бут и щебень, но по мере надобности там добывают гранитные блоки, которые режут на облицовочные плиты, обтесывают на штучный камень или используют в монументальной скульптуре. Крупные месторождения высокосортного облицовочного гранита расположены на Украине (в Житомирской и других областях); некоторые из них эксплуатируются преимущественно на бут и щебень
Дорожно-строительные работы, комплекс строительных работ, включающий устройство земляного полотна и дорожной одежды, а также искусственных сооружений и дорожно-эксплуатационных построек. В более узком аспекте дорожно-строительные работы ограничиваются строительством самой автомобильной дороги, т. е. возведением земляного полотна и дорожных одежд, а в населённых пунктах устройством скоростных дорог, изолированных от пешеходов, созданием развязок в разных уровнях, тротуаров и площадей, строительством подземных тоннелей и наземных эстакад. В качестве дорожно-строительных материалов применяют грунты, например глины, суглинки, супеси, пески (для земляного полотна); щебень, песок, гравий, битум, портландцемент, асфальтобетон, цементобетон (для покрытий), асфальтовая крошка; различные поверхностно-активные добавки, улучшающие свойства материалов покрытий, а также готовые изделия в виде блоков, труб, бортовых камней и т.п. Строительство дороги начинается с подготовительных работ: очистки местности от леса, кустарника, камней и др. При земляных работах на строительстве насыпей высотой до 1 м основными дорожными машинами являются автогрейдеры или бульдозеры, перемещающие и разравнивающие грунт, и катки, уплотняющие земляное полотно. На строительстве насыпей высотой до 2 м и более основные машины — скрепер, автогрейдер и каток. Для перемещения грунта используются экскаваторы, автомобили, транспортные тележки.
При строительстве дорог количество последовательных участков (так называемых захваток) и необходимых дорожных машин зависит от характера основания и типа покрытия. Например, технологический процесс при постройке асфальтобетонного покрытия может включать возведение нижнего слоя основания из песка, верхнего из щебня, обработанного цементом, двух слоёв из битумо-минеральных смесей и покрытия из асфальтового бетона. Последовательность выполнения работ следующая: транспортировка песка, его разравнивание и уплотнение; доставка щебня, цемента и воды; перемешивание; транспортировка готовой битумо-минеральной и асфальтобетонной смеси; разравнивание и уплотнение. Для различных дорожных одежд технологический процесс изменяется, но основные операции — транспортировка материалов, укладка, разравнивание, уплотнение — остаются.