Строительные камни

Классификация строительных камней

1. Общие сведения

Под строительным камнем понимается минеральное строительное сырье, из которого при соответствующей механической обработке (распиловка, шлифовка, дробление и др.) получают пильный стеновой, облицовочный, дорожный (бортовой, брусчатка и др.) камень, изделия специального назначения (кислото-, щелочеупорные, жаростойкие и др.), а также нерудные строительные материалы массового потребления — бутовый камень, гранитный щебень и дробленый песок.

В данном разделе строительный камень рассматривается в основном с позиций пригодности его для получения строительных материалов, относящихся к нерудным строительным материалам массового потребления. Сводные данные об областях применения в строительстве раз­личных видов камня приводятся в таблице.

Применение строительного камня

Назначение

Вид материала и изделий из природного камня 

Рекомендуемые горные породы

Фундаменты 

Фундаменты 

Бутовый камень, камни пильные и колотые

Все виды плотных пород

Стены

Стеновые (пильные) камни, крупные стеновые блоки, тесаный камень 

Пористые породы — известняки-ракушечники, туфы вулканические, в меньшей мере доломиты, песчаники 

Облицовка наружная

Облицовочные плиты и камни, профильные элементы 

Породы группы гранита, лабрадорит, габбро, базальт, вулканический туф, кварцит, мрамор, плотный известняк, песчаник

Облицовка внутренняя

Облицовочные плиты, профильные элементы 

Мрамор, мраморизо-ванный известняк, травертин, гипс, вулканический туф

Наружные лестницы и площадки, парапеты и ограждения

Ступени, плиты для площадок, блоки для парапетов, столбов и стенок, облицовочные плиты

Гранит, сиенит, диорит, габбро, базальт, песчаник 

Внутренние лестницы и площадки, полы.

Дорожные покрытия автомобильных дорог

Ступени, плиты для лестничных площадок и полов.

Камни бортовые, брусчатка, камень колотый и булыжный, щебень

Мрамор, лабрадорит, гранит

Гранит, диорит, габбро, базальт, песчаник, вулканический туф, известняк плотный

Гидротехнические  сооружения

Камни дробленые, колотые и тесаные, валуны, щебень

Известняк плотный, доломит, песчаник, диорит, габбро, базальт и диабаз

Заполнители бетонов:

тяжелых

Дробленый камень, отходы от добычи штучного камня

Гранит и другие изверженные породы, из­вестняк плотный, доломит, песчаник

Легких

То же

Известняк пористый, туф вулканический, шлак вулканический

особо тяжелые для защиты от излучений

Дробленые породы

Барит и другие

 

Области промышленного использования строительного камня определяются рядом его свойств, в той или иной мере взаимосвязанных и зависящих от условий образования, минералогического состава и структуры горной породы. По практической значимости эти свойства могут быть подразделены на основные и дополнительные.

К числу основных свойств относятся: прочность (сопротивление механическим нагрузкам); пористость; плотность; объемная масса; водопоглощение; наличие реакционно-способных минералов.

Дополнительными свойствами являются: погодостойкость (в том числе морозостойкость), тепло-звукопроводимость и воздухопроницаемость, декоративность (цвет, рисунок), стойкость окраски, обрабатываемость (в том числе полируемость), упругость, кислотостойкость, щелочестойкость, жаростойкость, вязкость, огнестойкость.

Важнейшим свойством горной породы, применяемой в качестве строительного камня, является ее прочность, т. е. способность камня противостоять механическим воздействиям. Прочность камня — показатель, который имеет существенное значение для всех областей его применения, так как в большинстве случаев камень несет ту или иную нагрузку.

Значительное влияние на физико-механические свойства, а также на климатическую стойкость породы оказывают ее структура и текстура. Породы, обладающие однородно-кристаллическим строением, имеют наибольшую прочность на сжатие, незначительную пористость, слабо насыщаются водой и стойки по отношению к агентам выветривания. При афанитовой структуре свойства пород близки к однородно-кристаллическим. Но при преобладании в породе стекла прочность ее снижается, и она легче подвергается воздействию температурных изменений.

Породы, сложенные гладкими зернами, обладают меньшей прочностью по сравнению с содержащими зерна неправильной, зазубренной формы. Мелкозернистые породы обладают более высокой прочностью, чем крупнозернистые. Гнейсовидная, полосчатая и флюидальная текстуры вулканических и метаморфических пород также вызывают снижение прочности. При наличии в породе мелких пустот, расположенных параллельно полосчатости, прочность ее также снижается, так как это способствует проникновению воды по слоям. Существенное влияние на прочность пород оказывает и пористость. Как общее правило, все показатели физико-механических свойств горной породы (за исключением тепло­проводности) с увеличением пористости снижаются. Наиболее высокой пористостью обладают осадочные породы. Магматические породы обычно являются низкопористыми, за исключением сильно выветрелых и вулканических туфов. Пористость зернистой породы зависит от формы и размеров зерен минералов, слагающих породу, от степени их отсортированности, сцементированности и уплотненности. При одинаковом размере зерен наименьшей пористостью обладают осадочные породы с окатанными зернами, наименьшей – с угловатыми и плоскими. 

2. Бутовый камень 

Рваный камень используется в качестве бута. Он в виде кусков неправильной формы применяется для кладки фундамента и бутобетона, а также в виде крупных включений в бетон, укладываемый в фундаменты. Кроме того, применение бутового камня допускается для кладки стен нежилых, вспомогательных и производственных зданий, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Бутовый камень применяется и в набросных гидротехнических сооружениях (плотинах). Для получения бутового камня пригодны как изверженные, так метаморфические и осадоч­ные породы.

Бутовый камень, добываемый из известняков, доломитов, песчаников и других осадочных пород, размеры в поперечнике 150—500 мм. В зависимости от способа получения он может быть рваным (при взрывных работах), пастелистым, плитняком или лещадным (при выколке из пород слоистого и сланцевого строения). Из такого камня кладут фундаменты, стены подземных частей и неотапливаемых зданий, подпорные стены и т. п. Для кладочных работ лучше использовать пастелистый бут — потребуется меньше и камня, и раствора и снизятся трудозатраты. Конструктивные ограничения по толщине бутовых фундаментов следующие: из пастелистого — 350 мм, округлой формы — 500 мм.

Качество бутового камня определяют ударом молотка. Звонкий звук издает бут хорошего качества, глухой — с примесями глины и других пород. Камень низких марок от одного удара молотком весом в 1 кг разбивается в щебень. Качество бута можно определить и таким способом: если после насыщения водой он разбивается на части, то камень непригоден для кладки.

3. Щебень

Щебень — продукт дробления твердых горных пород с крупностью зерен от 3 до 70 мм. Для изготовления щебня используются интрузивные, осадочные и метаморфические породы, а также гравий из этих пород.

 Различают щебень из дробленого природного камня – гранита, диабаза, кварцита, доломита и искусственного камня – отходы шлака, кирпичный бой, дробленый бетон. Щебень из гравия получается дроблением гравия и валу­нов.

Щебень предназначается для армированного и неармированного бетона, приготовления искусственной гравийно-щебеночной смеси для балластного слоя железных дорог и других строительных работ. Щебень по крупности зерен делится на фракции (в мм): 5—10, 10—20, 20—40, 40—70. По ГОСТу 10260 – 74 в щебне в зависимости от назначения должны опреде­ляться: дробимость при раздавливании (Щ. для бетона), истираемость (Щ. для автодорог), сопротивление удару (Щ. для ж.-д. пути). Количество гл частиц не должно быть больше 1% от общей массы. Количество слабых зерен не должно превышать 10%. По морозостойкости щебень делится на семь марок (от 15 до 300 циклов). При содержании в горных породах включений рудных минералов, сернистых и сернокислых соединений и аморфных разностей кремнезема пригодность их для изготовления щебня определяется специальными исследованиями. Органические вещества не должны вызывать появления темной окраски при проведении колориметрической пробы.

4. Песок  и  гравий

В большинстве отечественных и зарубежных классификаций к пескам относят рыхлые терригенные образования с размером обломков горных пород и зерен минералов от 0,05 до 2 мм, а к гравию — от 2 до 10 мм. Обломки горных пород размером от 10 до 100 мм считаются галькой, а более 100 мм — валунами. Валуны крупнее 1000 мм, по классификации Л. Б. Рухина, называются глыбами.

В данном разделе природные песок и гравий рассматриваются главным образом как строительное сырье, качество которого при поисках и разведке месторождений оценивается по ГОСТ 24100—80. В природе обычно встречаются смеси грубо- и мелкообломочных пород. Если в такой природной смеси количество обломков, соответствующих по размеру гравию, составляет менее 10 % общей массы, то по ГОСТ 24100—80 это песчаная  порода, если более 10 % — гравийно-песчаная (больше распространено название песчано-гравийная). Порода, содержащая более 10 % гравия и 5 % валунов, называется валунно-гравийно-песчаной. При разработке таких отложений добытый материал разделяют на песчаную (пески-отсевы), гравийную и валунную составляющие. Гравий сортируется по фракциям 5—10, 10—20, 20—40 и 40—70 мм. Валуны перерабатываются на щебень таких же фракций и дробленый песок. Иногда валуны используют в небольшом объеме и без дробления как бутовой камень.

 Схема классификации рыхлых обломочных пород 

Класс

пород

Размер обломков, мм

Группа пород

Обломки

Порода

Сложенная окатанными обломками

Сложенная остроугольными обломками

I

> 1000

Грубообломочные породы

Глыбы

Скопление глыбовых валунов

Скопления глыб

II

1000-500

500-250

250-100

Валуны

Крупные

Средние

Мелкие

Скопление валунов

Скопления остроугольных валунов

III

 

100-50

50-25

25-10

Галька

Крупная

Средняя

Мелкая

Галечники

Щебень

IV

 

10-5

5-2

2-1

Гравийные зерна

Крупные

Средние

Мелкие

Гравий крупно- и среднезернистый

Гравий мелкозернистый

Дресва крупно- и среднезернистая

Дресва мелкозернистая

V

 

1-0,5

0,5-0,25

0,2-0,1

Песчаные породы

Песчаные зерна

Крупные

Средние

Мелкие

Пески крупно- , средне- и мелкозернистые

 

VI

 

 

0,1-0,05

 

0,05-0,025

0,025-0,010

Алевролитовые породы

Алевролитовые частицы

Крупные (тонкие песчаные зерна)

Средние

Мелкие

Крупнозернистые алевролиты (тонкозернистые пески)

 

Алевролиты средне- и мелкозернистые

 

 4.1. Гравий

 Гравий — различно окатанные зерна горных пород размером 5—70 мм. В зависимости от крупности гравий делят на фракции: 5—10, 10—20, 20—40 и 40—70 мм. Гравий, очищенный от вредных примесей (пыли, гипса и др.), ис­пользуют в качестве крупного заполнителя цементных и асфальтовых бетонов, в дренажных системах.

Для балластного слоя в железнодорожном строительстве применяется природная песчано-гравийная смесь, отвечающая требованиям ГОСТ 7394—77, а также смесь гравия со щебнем из гравия, валунов и скальных пород.  Предпочтение отдается пескам и гравию с угловатой формой и шероховатой поверхностью зерен. Это способствует сцеплению частиц, повышающему устойчивость балластной призмы. Содержание основных плагиоклазов, оливина, пироксенов, карбонатных и фосфатных минералов должно быть минимальным.

Гравий и песок составляют 70—80 % массы бетона и благодаря этому в значительной мере обусловливают его свойства. Качество самих заполнителей определяется главным образом их минералого-петрографическим составом и формой зерен. Оптимальными являются пески, в которых преобладают кварцевые зерна, и гравий, состоящий из обломков кварца, изверженных и прочных осадочных пород. Присутствие в песчано-гравийной смеси опала и других аморфных модификаций кремнезема недопустимо, так как они вступают в реакцию со щелочами цемента, образуя разбухающие коллоидальные соединения, разрушающие бетон.

От зернового состава гравия и песка в известной мере зависят подвижность бетонной смеси и количество расходуемого цемента, а от формы зерен — сцепление их с цементным раствором. Малоокатанный с шероховатой поверхностью гравий имеет преимущества перед окатанным с гладкой поверхностью. При применении гравия с пластинчатой или лещадной (толщина в 3 и более раза меньше ширины и толщины) формой зерен увеличивается объем пустот и снижается прочность бетона. Содержания таких зерен, а также зерен слабых пород (сопротивление раздавливанию в цилиндре менее 20 МПа) ограничиваются соответствующими ГОСТами и ТУ. Понижают прочность бетона и разрушают цемент органические кислоты. 

Гравий и валуны, подвергаемые дроблению, должны состоять из прочных пород; количество слабых пород (глинистые известняки, известковые или глинистые песчаники, выветрелые граниты и др.) должно быть в карьерном и сортированном гравии соответственно не более 15 и 10 % от массы. Гравий слабых пород с пониженной морозостойкостью можно использовать для сооружения оснований автомобильных дорог. При содержании в гравии более 50 % хорошо окатанных зерен для повышения несущей способности оснований и лучшей укатываемости материала в него добавляют щебень.

 4.2. Песок

 Песок — мелкообломочная рыхлая осадочная горная порода, состоящая из округлых и угловатых зерен (песчинок) различных минералов и обломков пород размером 0,14-5 мм. Чистый песок не пачкает рук.

Основная масса песка является составным компонентом штукатурных и кладочных строительных растворов и основным технологическим сырьем при производстве силикатного кирпича и изделий из автоклавных бетонов. В меньших объемах он используется как отощитель сырьевых смесей при изготовлении грубой и тонкой керамики, в качестве фильтрую­щего элемента при водоснабжении и очистке сточных вод, как абразивный материал, для заправки песочниц локомотивов и для других целей.

В соответствии с ГОСТ 8736—77 пески по модулю крупности разделяют на крупнозернистые (>2,5), среднезернистые (2,5—2), мелкозернистые (2-—1,5) и очень мелкие (1,5—1). При одинаковом или близком содержании разных фракций пески называют разнозернистыми.

 Гранулометрический состав песков 

Группа песка

Полный остаток на сите №063,%

Модуль крупности*

Крупный

Средний

Мелкий

Очень мелкий

>50

От 30 до 50

10-30

<10

>2,5

2,5-2,0

2,0-1,5

1,5-1,0

Модуль крупности называется сумма полных остатков на стандартных ситах (в %), деленная на 100.

По вещественному составу выделяют мономинеральные пески, состоящие преимущественно из зерен одного минерала, олигомиктовые, обломочный материал которых представлен двумя-тремя минералами (один из них преобладает), и полимиктовые, сложенные обломками различных горных пород и минералов. Основные минералы песков — кварц и полевые шпаты. В качестве примесей характерны слюда, магнетит, ильменит, циркон, реже другие минералы.

Отрицательно сказываются на прочности бетона сернистые и сернокислые соединения (пирит, гипс и др.). Нежелательны пленки окислов железа и других веществ, которые становятся химически неустойчивыми в бетоне в процессе его цементации и затвердевания.

Качество песка для строительных работ лимитируется ГОСТ 8736—77, требования которого распространяются на природные и дробленые пески с плотностью более 1,8 г/см3. Песок, отвечающий требованиям этого ГОСТа, предназначается для заполнения бетона, строительного раствора и для дорожного строительства. Желательно, чтобы зерна имели угловатую форму. Количество пылевидных, илистых и глинистых частиц в обогащенном песке не должно превышать 2 %. Снижают прочность бетонов органические примеси и чешуйчатые минералы. При использовании мелкозернистых песков перерасход цемента составляет 10—20 % и более за счет увеличения удельной поверхности зерен и водопотребности смеси.

В песке, предназначенном для асфальтобетона, допустимое содержание зерен, проходящих сквозь сито 0,14 мм, устанавливается по соглашению с потребителями. Кремень, кварциты и другие тонкозернистые породы, а также комки глин слабо схватываются с битумом, что ухудшает качество дорожного покрытия.

На пески для силикатных изделий ГОСТов нет. В промышленности действует отраслевой стандарт (ОСТ 211—72, группа А—52). Он распространяется на песок природный кварцевый и кварц-полевошпатовый или отходы переработки песчано-гравийной смеси, применяемые для изготовления силикатного кирпича марок 100 и выше, изделий из тяжелого силикатного и ячеистого бетона. В производстве силикатных изделий употребляется не молотый, грубо- и тонкомолотый песок с содержанием кремнезема не менее 70 %. Содержание слюды не должно быть более 0,5 %. Органические примеси вызывают вспучивание и понижают прочность изделий. Содержание сернистых примесей в пересчете на 5Оз должно быть не более 2 %, глин (особенно равномерно распределенных) — до 10 % при производстве силикатного кирпича и 3—4 % при получении ячеистых и тяжелых бетонов.

click fraud detection