Конспект лекций по дисциплине «Строительные материалы и изделия» (стр. 3 )

2.2. Горные породы и минералы

Под горной породой понимают крупное скопление минералов, обладающее более или менее постоянным составом и свойствами. Горные породы представляют собой механическое сочетание одного или нескольких минералов, например, гранит состоит из трех минералов - полевых шпатов, кварца и слюды. Процентное содержание минералов в горной породе определяет ее состав. Форма, размеры и взаимное расположение минералов обусловливают структуру горной породы. Минералогический состав и структура определяют свойства горной породы.

Минерал - природное химическое соединение, однородное по своему составу, строению и свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов на поверхности и в земной коре.

Минералы в основном твердые тела: кристаллические или аморфные.

К минералам относятся различные вещества: простые (самородные металлы, сера, графит); окислы и гидроокислы (кварц, корунд);

соли различных кислот (хлориды - каменная соль, сульфаты - гипс, карбонаты - кальцит), сложные соединения - силикаты и алюмосиликаты различных металлов (полевые шпаты, слюды, асбест).

По происхождению горные породы делятся на магматические (изверженные), осадочные и метаморфические (видоизмененные).

Магматические породы образовались в результате застывания магмы. Если магма остывала в глубине земной коры, охлаждение шло медленно под большим давлением, то образовывались крупнокристаллические, плотные горные породы (глубинные) - граниты, сиениты, габбро. Объемная масса таких пород более 2500 кг/куб. м; они отличаются высокой прочностью (не менее 100 МПа), износостойкостью, морозостойкостью (из-за отсутствия пор). Эти породы хорошо полируются.

Если магма выливалась на поверхность земли, то образовывались излившиеся магматические породы, не полностью закристаллизованные. Если из магмы медленно выделялся газ, получалась пористая структура. К излившимся породам относятся базальты, порфиры, диабазы. При вулканических извержениях могут образовываться пористые обломочные породы - пемза и вулканический туф. Эти породы, объемная масса которых 800...1600 кг/куб. м, широко используют как стеновой камень и заполнитель для легких бетонов.

Осадочные породы образовались в результате разрушения других горных пород (механические отложения) и химической (химические осадки) или биологической (органогенные породы) переработки природного минерального сырья.

Под действием природных факторов (текущая вода, замораживание-оттаивание, нагрев и охлаждение, ветер) образуются рыхлые механические отложения (гравий, песок, глина).

Возможна природная цементация песка и гравия (при этом образуются песчаники и брекчии). Цементирующим веществом могут быть: углекислый кальций, окислы железа или гидроокись кремния.

Органогенные породы образуются в результате отложения отмерших организмов (ракушек, рачков и т. д.). К этим породам относятся известняки, известняки-ракушечники, мел, состоящие в основном из карбоната кальция, диатомиты и трепелы, состоящие из аморфного кремнезема.

Известняк - одна из основных горных пород, используемых в строительстве.

Объемная масса плотных известняков 2000...2400 кг/куб. м, известняков-ракушечников - менее 1800 кг/куб. м.

Плотные известняки - прочные и морозостойкие породы. Из них получают щебень для бетона. Благодаря светлой окраске (белой, светло-серой, желтоватой) известняки применяют для облицовки.

Твердость известняков невелика, и они хорошо поддаются обработке, поэтому много старинных зданий украшено резьбой по известняковому камню. Все виды известняков используют для получения основных вяжущих веществ (цемента и извести).

В результате химических процессов - растворения минеральных веществ и последующего выпадания твердых веществ из растворов - образовались химические осадочные горные породы.

Из химических осадочных пород в строительстве используют природный гипс, доломит, магнезит.

Метаморфические породы образуются в толще земной коры в результате видоизменения других пород (магматических или осадочных) под действием давления, температуры и водных минеральных растворов. К таким породам относятся мрамор, кварциты (уплотненные и перекристаллизованные песчаники), гнейсы (слоистая разновидность гранита), глинистые сланцы.

2.3. Строительные материалы из природного камня.

К грубообработанным материалам относятся песок, гравий, щебень и бутовый камень.

Песок - минеральные зерна размером от 0,14 до 5 мм, получаемые при просеивании мелких рыхлых пород или дроблением.

Гравий - окатанные зерна размером от 5 до 150 мм, получаемые из рыхлых пород просеиванием.

Щебень - куски камня неправильной формы размером от 5 до 150 мм, получаемые путем дробления горных пород.

Бутовый камень (бут) (ГОСТ 22132-76) - крупные куски камня неправильной формы, получаемые взрывным методом (рваный бут из осадочных или изверженных горных пород, или плиты неправильной формы (постелистый бут или плитняк), получаемые выламыванием из слоистых пород.

Для ручной укладки размер бутовых камней составляет 150…500 мм, масса 10…30 кг, для механизированной масса хамней может достигать нескольких тонн. Бут из плотных пород должен иметь марку не ниже 150 и коэффициент размягчения не менее 0,7.

Бутовый камень - дешевый строительный материал, применяется для кладки фундаментов, стен вспомогательных помещений, массивных частей составляет 1000…1200 мм. Пиленые плиты для внутренней облицовки изготовляют толщиной 5...15 мм, шириной 400 мм, длиной 800 мм.

В зависимости от способа обработки поверхность облицовочных плит имеет различную фактуру. Ударной обработкой получают грубые фактуры. При абразивной обработке получают более гладкие фактуры.

Кроме грубообработанных и штучных стеновых и облицовочных изделий из природного камня изготовляют материалы для дорожного и гидротехнического строительства.

Глава 3. Керамические и стеклянные материалы

3.1. Общие сведения

Керамическими называют материалы и изделия, получаемые спеканием глиняного сырья с минеральными добавками. Прочность, долговечность и декоративность керамических материалов в сочетании с доступностью сырья и относительной простотой изготовления способствуют широкому их распространению.

Современная промышленность выпускает разнообразный ассортимент керамических материалов:

-  стеновые (кирпич, керамические камни);

-  для наружной и внутренней облицовки (керамические плитки, ковровая керамика);

-  кровельные (черепица);

- санитарно-технические изделия (например, раковины, трубы);

-  специальные (огне - и кислотоупорные).

Обжигом глиняного сырья получают самый распространенный пористый заполнитель для легких бетонов - керамзит.

Керамические материалы и изделия по структуре черепка подразделяют на пористые, водопоглощение по массе у которых более 5%, и плотные с водопоглощением менее 5%.

Основным сырьем для получения керамических материалов являются глины - осадочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов. Глинистые минералы - рыхлая смесь мельчайших частиц (менее 0,005 мм) различного состава, способных хорошо адсорбировать влагу на своей поверхности.

Кроме глинистых минералов в глинах содержатся более крупные частицы - пыль (размером от 0,005 до 0,15 мм) и песок (размером от 0,15 до 5 мм).

Глинистые минералы придают глине характерные свойства: при увлажнении глина набухает и делается пластичной; при сушке мокрой глины объем ее уменьшается (происходит усадка) и глина превращается в прочный камневидный материал. Переход глины из пластичного состояния в камневидное обратимый: при повторном увлажнении глина вновь размокает. Чем больше в глине частиц глинистых минералов, тем она больше способна вобрать в себя воды, больше набухает, но труднее сохнет и дает большую усадку. Такие глины называют жирными. Глины с большим количеством песчаных частиц характеризуются небольшой усадкой и набуханием, легко сушатся, но пластичность у них пониженная.

Такие глины называются «тощими».

Для получения керамических изделий нужна смесь с оптимальным соотношением глинистых и песчаных частиц. Такую смесь, которая хорошо формуется и достаточно быстро сохнет, получают, добавляя в «жирную» глину отощающие добавки - песок, опилки.

Различные глины требуют определенных температур обжига и соответственно изделия из них имеют различную огнеупорность. Поэтому признаку глины делят на легкоплавкие, тугоплавкие и огнеупорные.

Легкоплавкие глины, содержащие большое количество примесей, плавятся при температуре ниже 13 50 градусов С. Из таких глин, называемых кирпичными, изготовляют кирпич, стеновые камни и черепицу.

Тугоплавкие глины плавятся при температуре 1350...1580 градусов С. Применяют их для изготовления облицовочных керамических изделий, лицевого кирпича, канализационных труб.

Огнеупорные глины плавятся при температуре выше 1580 градусов С. Их применяют для производства огнеупорных материалов.

Технология производства керамических материалов включает в себя добычу и подготовку сырьевых материалов, формование изделий, сушку и обжиг изделий. Нарушение режима сушки и обжига приводит к растрескиванию и короблению изделий.

3.2. Глиняный обыкновенный кирпич

Обыкновенный керамический кирпич изготовляют из легкоплавких глин средней пластичности. Существуют два способа производства кирпича - пластический и полусухой.

При пластическом способе кирпич-сырец формуют на ленточных прессах из пластичной глиняной массы влажностью 18…20%.

Глиняная лента нарезается автоматическим устройством на кирпичи – сырцы. После формования кирпич подается на сушку и после достижения 6... 8% влажности - на обжиг.

Изделия обжигают в тоннельных или кольцевых печах.

Полусухой способ производства кирпича отличается тем, что глина влажностью 6…7% измельчается в порошок, из которого на специальных прессах поштучно формируется кирпич - сырец. Такой сырец не требует сушки - его сразу же после формования можно обжигать. Кирпич полусухого прессования имеет гладкие грани и значительно меньше дефектов, чем кирпич пластического формования. Кроме того, кирпич полусухого прессования менее морозостоек.

Керамический кирпич выпускают размером 250*120*65 мм; реже 288*138*65 мм (модульный) и 250*120*88 мм (утолщенный).