Природные каменные материалы: свойства и виды.
Природный камень служил основным строительным материалом еще первобытному человеку.
Все древние постройки: храмы, дворцы, крепости, мосты, акведуки, ритуальные сооружения возводились из природного камня и поражают современного человека, как удивительные «Чудеса Света».
Во многих странах: Египте, Мексике, Греции, Италии, Китае, Камбодже, Индии сохранилось большое количество выдающихся памятников каменного зодчества, являющихся архитектурно-строительной составляющей древнейших цивилизаций, существовавших на Земле.
Каменные природные материалы очень прочны, долговечны, огнестойки, изготовлены из местного сырья.
В наше время природные плотные каменные материалы уже не используются для возведения стен, арок, куполов, колонн и других несущих конструкций, т.к. они трудоемки, обладают большой массой и высокой теплопроводностью.
Но из-за положительных эксплуатационных и эстетических качеств продолжают широко применяться для облицовочных работ, устройства полов, дорожных покрытий и пр.
Пористые природные материалы применяются в конструкциях стен жилых и общественных зданий в виде стеновых камней и блоков.
Отходы горнодобывающей и камнеобрабатывающей промышленности используются в качестве заполнителя для бетонов, изготовления других искусственных каменных изделий на минеральном и органическом вяжущем.
Свойства природных каменных материалов
Среди многообразия физико-механических свойств природных каменных материалов обычно выделяют плотность, предел прочности при сжатии, морозостойкость, по величине которых оценивают их качество и делят на марки.
По плотности в сухом состоянии каменные материалы разделяют на тяжелые (более 1800 кг/м 3 ) и легкие (менее 1800 кг/м 3 ).
По пределу прочности при сжатии установлены следующие марки: для тяжелых каменных материалов — от 10 до 100, а для легких — от 1 до 20.
По степени морозостойкости в циклах замораживания (Мрз) для каменных материалов установлены марки от 10 до 500.
По степени водостойкости (коэффициенту размягчения) материалы разделяют на группы с величиной данного показателя 0,6; 0,75; 0,9 и 1.
К каменным материалам, предназначенным для дорожных покрытий, полов промышленных зданий, предъявляют дополнительные требования (высокая стойкость к истиранию, износу и др.). Для природного камня, из которого изготовляют облицовочные плиты, большое значение имеют внешний вид, цвет и текстура.
Выбирают горные породы для тех или иных каменных материалов и изделий на основании результатов испытаний образцов, оценки внешнего вида, а также с учетом эксплуатационных условий.
Виды природных каменных материалов и изделий
В строительстве используют различные виды природных каменных материалов и изделий: бутовый камень, стеновые камни и блоки, облицовочные камни и плиты, кровельные плитки и др.
Бутовый камень применяют в строительстве в виде кусков горной породы неправильной формы (рваный бут) или неправильных плит. Рваный бут получают из осадочных горных пород (известняков, доломитов, песчаников) взрывным способом, а плиты (постелистый бут и плитняк) добывают из слоистых горных пород при помощи клиньев, ударных механизмов и др. Масса отдельных бутовых камней колеблется в пределах 20-40 кг. Бутовый камень должен иметь предел прочности при сжатии не менее 10 МПа, а коэффициент размягчения не ниже 0,75. В нем не должно быть трещин, расслоений и рыхлых прослоек, снижающих его строительные свойства.
Бутовый камень служит материалом для кладки фундаментов, стен не отапливаемых зданий и сооружений, подпорных стенок и др. Отходы при заготовке бутового камня дробят и используют в виде щебня для бетонов.
Горные породы, применяемые для изготовления стеновых камней и блоков, должны иметь предел прочности при сжатии не ниже 25 МПа, морозостойкость не ниже Мрз 15, коэффициент размягчения не ниже 0,6.
Камни и блоки из легких горных пород являются в ряде районов нашей страны местными материалами. Стены жилых и общественных зданий из легких природных камней и блоков значительно дешевле кирпичных и имеют красивый внешний вид.
Облицовочные камни и плиты изготовляют из блоков природного камня путем их распиливания или раскалывания с последующей механической обработкой. Горные породы для получения блоков-полуфабрикатов следует выбирать с учетом эксплуатационных условий, в которых будут находиться изготовленные из них облицовочные изделия. Так, горные породы, предназначенные для наружной облицовки, должны быть атмосферостойкими, без трещин и следов выветривания, иметь красивую и неизменную окраску. Для этой цели применяют : граниты, сиениты, диориты, габбро, лабрадориты, кварциты, плотные известняки, туфы, песчаники. Горные породы, используемые для внутренней облицовки, должны иметь красивую окраску и легко полироваться. Чаще всего для внутренней облицовки применяют мрамор.
Облицовочные камни и плиты бывают пилеными и тесаными. Пиленые изделия, как правило, дешевле и долговечнее тесаных, так как при распиловке горных пород удается получать сравнительно тонкие изделия без микротрещин, которые возникают при теске камня.
Плиты для облицовки стен и настилки полов должны иметь прямоугольную форму и заданные размеры. Кроме того, лицевой поверхности плит придают различную декоративную фактуру. В зависимости от способа выполнения фактуры делят на : ударные, получаемые скалыванием частиц камня (фактура «скалы», бугристая, бороздчатая, точечная, рифленая), и абразивные, получаемые путем истирания поверхности различными абразивами (пиленая, шлифованная, лощеная, зеркальная).
Плиты и камни из изверженных горных пород (граниты, лабрадориты, габбро и др.) применяют для наружных облицовок цоколей и фасадов монументальных зданий, долговечных и декоративных полов в помещениях общественных зданий с интенсивными людскими потоками, например, на станциях метрополитена, вокзалах и в универмагах, а также для облицовки набережных, гидротехнических сооружений и др. В последние годы внутреннюю облицовку монументальных зданий довольно часто выполняют из экономичных малоразмерных мраморных плиток толщиной 8-12 мм, лицевая поверхность которых имеет зеркальную фактуру.
При производстве мраморных плит получают большое количество отходов в виде обрезков, которые используют для устройства мозаичных полов.
Из природного камня, кроме облицовочных плит, изготовляют профильные детали, например плинтусы, угловые детали и детали граненых и каннелированных облицовок, а также ступени, подоконники и др.
Кровельные плитки из глинистого (кровельного) сланца весьма долговечный кровельный материал для сельского строительства. Раскалывая и отрубая материал, ему придают прямоугольную или ромбическую форму.
В дорожном строительстве широко применяют разнообразные изделия из природного камня, например брусчатку, колотый или булыжный камень, бортовые камни. Эти изделия изготовляют из изверженных или осадочных горных пород, которые должны иметь высокую прочность, низкое водопоглощение, хорошо сопротивляться ударным и истирающим нагрузкам, быть морозостойкими, а также не должны быть затронуты выветриванием. Такие же требования предъявляют к каменным материалам (граниту, диориту, диабазу, габбро), предназначенным для защитных плит-оболочек гидротехнических сооружений. Материалы и изделия из природного камня (базальта, диабаза и др.) используют также для конструкций, работающих при высоких температурах. Кроме того, материалы и изделия из гранита, диорита, кварцита, базальта, диабаза и кремнистого песчаника в виде облицовочных камней и плит правильной формы применяют для защиты конструкций зданий и аппаратов от воздействия кислот.
При транспортировании и хранении пиленые и тесаные облицовочные плиты устанавливают на ребро с прокладками, а полированные укладывают в специальные контейнеры лицевой стороной внутрь, прокладывая между ними бумагу. Архитектурные детали и подоконники перевозят в решетчатой таре.
êàìåíü áóòîâûé
Магматические горные породы образовались в результат остывания огненно-жидкой массы – магмы, которая разрывала земную кору и разливалась на ее поверхности. В зависимости от условий остывания магмы изверженные горные породы делят на глубинные (интрузивные) и излившиеся (эффузивные).
Глубинные горные породы (граниты, сиениты, диориты и др.) образовались в результате медленного остывания магмы в толще земной коры под значительным давлением верхних слоев. В таких условиях горные породы приобрели равномерную кристаллическую структуру в результате того, что крупные зерна различных минералов прочно срослись между собой.
Излившиеся горные породы (базальты, андезиты, диабазы и др.) образовались при быстром остывании магмы на поверхности земли. В таких условиях не происходила полная кристаллизация остывающей магмы. В зависимости от условий образования излившиеся горные породы имеют мелкозернистое, скрытокристаллическое или аморфное строение. Если же из вязкой магмы медленно выделялись газообразные продукты, образовывалась пористая или пемзообразная структура. Кроме того, к изверженным горным породам относятся обломочные породы, которые образовались из мельчайших частиц раздробленной лавы, выброшенной на поверхность земли при извержении вулканов. Эти отложения остались в рыхлом состоянии (вулканический пепел, пемза) либо при наличии природных цементирующих веществ и под давлением вышележащих слоев превратились в плотные цементированные породы (вулканический туф).
Осадочные горные породы образовались в результате разрушения (выветривания) изверженных (первичных) и других горных пород под воздействием внешних условий или в результате осаждения веществ из какой-либо среды. По характеру образования и составу осадочные горные породы делят на обломочные породы (механические отложения), глинистые, а также хемо- и органогенные.
Обломочные породы (механические отложения) – грубые продукты механического разрушения изверженных и других горных пород под действием резкой смены температур, воздействия воды и ветра (брекчии, конгломераты, пески и др.). Они представляют собой рыхлую смесь, состоящую из отдельных зерен разрушившейся первичной горной породы; в ряде случаев рыхлые смеси подвергались цементации различными природными веществами, образовав при этом сплошные горные породы.
Глинистые породы – дисперсные продукты глубокого химического преобразования силикатных и алюмосиликатных минералов материнских пород, перешедших в новые минеральные виды.
Химические осадки – хемогенные горные породы, образовавшиеся при осаждении из водных растворов минеральных веществ с последующим их уплотнением и цементацией (доломит, магнезит и др.).
Органогенные породы образовались в результате отложения остатков живых (зоогенные) и растительных (фитогенные) организмов, скелеты и панцири которых содержали минеральные вещества. Такие отложения, как правило подвергались уплотнению и цементации (известняки, мел и др.).
Как используется натуральный камень в строительстве
Вряд ли человечеству известен ещё один, столь же прочный, долговечный и надёжный строительный материал, как натуральный камень. Природный камень используется в строительстве уже на протяжении тысячелетий. И, что удивительно, до наших дней сохранились постройки, возведённые из камня много столетий назад. Это ли не главное доказательство качеств натурального камня как строительного материала.
Сегодня для строительства домов натуральный камень практически не используется — он слишком тяжёл, работы по возведению построек из камня трудоёмки и дороги.
Для этой цели с успехом используются современные строительные материалы, а природный камень нашёл своё применение в отделочных и облицовочных работах. Здания, облицованные природным камнем, приобретают преимущества каменных построек и в то же время они лишены их недостатков.
Помимо прочности и долговечности природного камня, следует отметить такие его качества, как:
Использование в строительстве наиболее популярных пород натурального камня.
На сегодняшний день известно около 8000 различных пород камня. Конечно, далеко не все они используются в строительстве. Самые популярные в строительстве породы — это мрамор, гранит, известняк, песчаник, сланец.
Мрамор пользуется заслуженной любовью строителей и дизайнеров благодаря многообразию расцветок, лёгкости обработки, удобству использования. Мрамор бывает белый, серый и цветной.
При этом он может иметь множество различных оттенков. Белый и серый мрамор отличается большей твёрдостью, чем цветной мрамор. Но, тем не менее, это достаточно пористый материал, поэтому его использование для внешней отделки зданий в нашем климате нежелательно. Зато мрамор просто незаменим для декоративной отделки помещений — здесь возможности для реализации различных дизайнерских задумок безграничны.
Гранит — природный материал, отличающийся особой прочностью. Это обусловлено высоким содержанием в породе кварца — от 15 до 35 процентов.
Гранит не подвержен механическим повреждениям, выветриванию, воздействию воды и перепадов температуры. Всё это делает гранит незаменимым для внешних отделочных работ. Более того, гранит с успехом применяется не только для отделки фасадов зданий, но так же и для мощения дорожек и площадок.
Сегодня очень популярна пиленая брусчатка, изготовленная из гранита. Ей не страшны ни каблуки, ни большой поток пешеходов, ни колёса транспорта.
Известняк — это, пожалуй, самая распространённая в строительстве порода. В чистом виде известняк имеет белый или серый оттенок, но, как правило, он содержит различные примеси — доломит, глинистые минералы, кремнезём, окислы железа, песчаные частицы и другие. Они-то и придают известняку всевозможные цвета, вплоть до чёрного. Благодаря своей прочности известняк широко применяется во внутренних и внешних отделочных работах и ландшафтном дизайне.
Однако следует помнить о том, что, несмотря на достаточно высокую прочность, известняк обладает средней морозостойкостью и достаточно высоким водопоглощением. Поэтому его использование для облицовки цоколя — не лучший вариант. Для цоколя лучше использовать гранит, а известняк отлично подойдёт для облицовки стен, мощения садовых дорожек, укладки полов.
Песчаник — ещё один достаточно распространённый и популярный в строительстве вид натурального камня.
Хотя он и обладает в большинстве своём средней прочностью, некоторые разновидности песчаника очень и очень крепкие, по своим качествам не уступающие гранитам и кварцитам, что позволяет широко использовать песчаник во внешних отделочных работах.
Песчаник применяется для облицовки цоколей, фасадов, ступеней, укладки полов, строительства заборов, мощения дорожек.
Сланец — одна из самых модных и популярных сегодня пород, применяемых в строительстве. Сланец или природный шифер — обладает одной интересной особенностью — способностью раскалываться на тонкие пластинки благодаря продольно ориентированному расположению входящих в него минералов.
При этом сланец отличается достаточно высокой прочностью, что позволяет использовать его в отделочных и кровельных работах.
Как уже говорилось, натуральный камень может быть использован для различных дизайнерских решений. Этому способствует не только большое разнообразие пород, расцветок и физических свойств, но и широкий выбор фактур лицевой поверхности камня. Обработанный камень, применяемый в строительных работах, может иметь разную фактуру поверхности.
Виды поверхности натурального камня.
Как видим, натуральный камень невероятно многообразен, сфера его применения очень обширна, а результат надёжен и долговечен.