Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за Сентябрь 2015

6.1. Общие сведения

Из 106 известных элементов Периодической системы хими­ческих элементов Д. И. Менделеева 76 являются металлами. Все ме­таллы и их сплавы — тела кристаллические. Кристаллы в них име­ют размеры 10"1… 10 5 см. Внешние электроны в атомах металлов слабо связаны с ядром и поэтому находятся в относительно сво­бодном состоянии. Достаточно создать ничтожную разность по­тенциалов, чтобы началось движение электронов к положитель­ному полюсу. Поэтому металлы — хорошие проводники электри­ческого тока. Неметаллы, у которых связь между внешними элек­тронами и ядром достаточно сильная, не проводят электрический ток. Теория металлического состояния рассматривает металл как вещество, состоящее из положительно заряженных ионов, окру­женных отрицательно заряженными электронами, которые сво­бодно перемещаются внутри металла и принадлежат сразу всем атомам в совокупности. Такие электроны называются обобществ­ленными, или электронами проводимости.

Благодаря электронам проводимости — их способности пере­носить не только электрический заряд, но и теплоту — теплопро­водность металлов на два порядка выше теплопроводности неме­таллов. Высокая пластичность металлов также обусловлена элект­ронами проводимости, связь которых с ионами кристаллической решетки не нарушается при деформации (в отличие от ионной и ковалентной связей).

Чистые металлы обладают низкой прочностью и твердостью и не обеспечивают во многих случаях требуемых свойств, поэтому они при­меняются редко. Наиболее широко используются сплавы, получае­мые в результате кристаллизации расплава, представляющего собой раствор нескольких металлов или металлов и неметаллов. Как чистые металлы, так и их сплавы подразделяются на черные и цветные.

Из применяемых в строительстве металлов к черным металлам относятся железо и его сплавы (сталь и чугун); к цветным метал­лам относятся медь, алюминий, магний, титан, цинк и сплавы на их основе (бронза, латунь, авиаль, дюралюмин и др.).

Сталь и чугун — сплавы железа и углерода — различаются со­держанием углерода: сталь содержит до 2,14% углерода, чугун — более 2,14%, но не более 6,67 %.

Из-за высокого содержания углерода чугуны обладают низкой способностью к пластической деформации. Их высокие литейные свойства обусловлены наличием в структуре эвтектики.

Выплавляемые в доменных печах чугуны бывают передельны­ми, специальными (ферросплавы) и литейными. Передельные и специальные чугуны используют для получения стали и литейно­го чугуна.

В зависимости от формы углерода чугун подразделяется на бе­лый и серый.

Белый чугун содержит углерод в составе химического соедине­ния Fe3C (цементита) и имеет в изломе белый цвет. Из-за очень высокой твердости цементита он практически не поддается меха­нической обработке и используется в основном для получения стали.

Серый чугун, содержащий углерод в свободном состоянии (в виде графита), употребляется для получения изделий путем ли­тья.

Сталь, содержащая углерода значительно меньше, чем чугун, является более пластичной и вязкой и поддается ковке и штам­повке. Прочность стали превышает прочность бетона на сжатие более чем в 10 раз; на изгиб и растяжение — в 100 — 200 раз. В то же время плотность стали (7 850 кг/м3) только в 3 раза выше плотно­сти бетона (2 500 кг/м3), поэтому металлические конструкции при той же несущей способности значительно легче железобетонных. Металлические элементы в конструкциях соединяются на болтах, заклепках и сваркой.

Высокая теплопроводность металлов требует принятия мер по предотвращению перетоков теплоты по металлическим элемен­там.

Металлические конструкции неогнестойки, что связано с лег­кой деформируемостью горячего металла. Для его защиты приме­няются окраски и обмазки, вспенивающиеся при возникновении пожара. Это обеспечивает задержку времени достижения крити­ческой температуры.

Металлические конструкции требуют также защиты от корро­зии.

Кирпич и камни керамические применяются главным образом в качестве стенового материала. Полусухим прессованием получают кирпич (камни) более высокого качества, чем на ленточных прес­сах. Кирпич полусухого прессования имеет правильную форму и ровные, не искривленные грани, в то время как поверхности кир­пича пластического формования обычно искривлены и испещре­ны мелкими бороздками, образующимися при разрезании ленты натянутой проволокой.

Одинарный сплошной кирпич имеет размеры 250х 120×65 мм. Керамические камни отличаются от кирпича боль­шими размерами. Выпускаются также модульные кирпич и кам­ни, размеры которых кратны определенному модулю. Грани кир­пича в порядке уменьшения площади называются: «постель», «ло­жок» и «тычок».

Важнейшими свойствами кирпича и камней являются правиль­ность формы и размеров, механическая прочность, морозостой­кость и теплопроводность. Все эти свойства нормируются стан­дартом, кроме теплопроводности, вместо которой стандарт огра­ничивает нижний предел водопоглощения, связанного с порис­тостью и, следовательно, с теплопроводностью кирпича.

Теплозащитные свойства кирпича недостаточно высоки, вслед­ствие чего толщина кирпичной стены, рассчитанная по условию теплозащиты, в ряде случаев оказывается совершенно излишней с точки зрения механической прочности. Это позволяет умень­шить массу кирпича созданием в его теле пустот правильной гео­метрической формы.

Пустотелый кирпич или камни имеют внутри себя каналы, расположенные в горизонтальном (параллельно постели кирпича) или вертикальном (перпендикулярно постели кирпи­ча) направлении.

При пластическом формовании пустоты всегда получаются сквозными, так как образуются с помощью кернов (металличе­ских формозадающих деталей), укрепленных в отверстии мундш­тука. При полусухом формовании пустоты имеют коническую форму и чаще всего являются несквозными. Кирпич с несквозны­ми пустотами (пятистенка) лишен недостатка, присущего кир­пичу со сквозными пустотами, — потери кладочного раствора, который проваливается в пустоты при кладке.

Преимуществами пустотелого кирпича перед сплошным явля­ются: увеличенная по сравнению со сплошным кирпичом той же массы толщина, что ведет к ускорению процесса кладки и умень­шению расхода кладочного раствора; повышенная теплоизоляци­онная способность кладки, что позволяет уменьшить толщину сте­ны и сократить число кирпичей.

Лицевой кирпич имеет декоративную отделку на двух (ло­жок, тычок) или трех (тычок, ложок, тычок) гранях. Этим гра­ням либо придают декоративную фактуру, либо наносят на их поверхность декоративный слой (глазурь, ангоб и т. д.).

Оценка качества кирпича и камней керамических производит­ся по результатам внешнего осмотра, обмера и лабораторных ис­пытаний на прочность, водопоглощение и морозостойкость.

Согласно ГОСТ 530 — 95 керамический кирпич и камни полно­телые и пустотелые с вертикальными пустотами по прочности подразделяются на марки, требования к которым приведены в табл. 5.1.

Водопоглощение полнотелого кирпича не должно превышать 8 %, а пустотелого и лицевого — 6 %.

Морозостойкость керамического кирпича и камней должна удовлетворять маркам F15; F25; F35 и F50, а лицевого кирпича — маркам F25; F35 и F50.

Для кирпича пластического формования, имеющего, как пра­вило, искривленные неровные грани, предел прочности при сжа­тии определяют на образцах, склеенных цементным тестом из двух целых кирпичей или двух половинок (рис. 5.4). При этом цемент­ным тестом также выравнивают верхнюю и нижнюю грани образ­ца, которые контактируют с платформами пресса при испытании. Кирпичи полусухого прессования или их половинки при испыта­нии можно просто накладывать друг на друга.

Предел прочности при сжатии равен отношению максималь­ной нагрузки к площади перекрытия постелей:

*сж — Дпах/^^-

Испытание кирпича на изгиб проводят по схеме, приведенной на рис. 5.5. Участки граней кирпича пластического формования, контактирующие с опорами, выравнивают полосками из гипсо­вого теста шириной 2…3 см.

Предел прочности при изгибе вычисляют по формуле

Rmr = lPl/2bh2.

Плиты закладные применяют для придания архитектурной вы­разительности фасадам кирпичных зданий. Они имеют Г-образ — ную форму и крепятся на фасаде путем защемления в кладке пол­ки плиты.

Профильные детали и подоконные сливы — это гладкие, тянутые на прессах изделия, устанавливаемые в процессе кладки стен.

Стеновые облицовочные плитки употребляются для облицовки стен в помещениях. Такую плитку часто называют кафельной (от нем. Kachel — глиняная плошка). С наружной стороны плитки по­крывают белой или окрашенной глухой глазурью. С тыльной сто­роны наносят бороздки глубиной 1,5…2,0 мм для лучшего сцеп­ления их с раствором. Выпускают также разнообразные элементы: уголки, фризы и т. д.

Изделия получают в основном однократным обжигом из спе­циальной смеси, рассчитанной на предупреждение усадки, что

Рис. 5.4. Образец для испытания кирпи-
ча на сжатие:

I — половинки кирпича; 2 — цементное
тесто

Рис. 5.5. Схема испытания кирпича
на изгиб

сводит к минимуму отклонения от номинальных размеров и по­зволяет укладывать плитку с уз­ким швом. Черепок этой плитки имеет повышенную пористость и водопоглощение и низкую механическую прочность.

Плитка двухкратного обжига (обжиг — глазурование — обжиг для закрепления глазури) имеет лучший внешний вид — не со­держит мелких следов проникновения в глазурь газов от разложе­ния смеси при первом обжиге, напоминающих булавочные уколы или трещины. Однако она более дорогостоящая.

Облицовочные стеновые плитки по характеру поверхности клас­сифицируются на гладкие, рельефно-орнаментируемые, фактур­ные; по виду глазури — на прозрачные и глухие, блестящие и матовые, одноцветные и с цветным узором; по форме — на квад­ратные, прямоугольные и фасонные; по характеру кромок — с прямыми кромками и с завалом кромок (с одной или нескольких сторон). Минимальный размер стороны плиток — 100 мм, макси­мальный — 410 мм.

Плитки для полов характеризуются высокой износостойкостью и малым водопоглощением. Минимальный размер стороны пли­ток — 150 мм, максимальный — 1 200 мм.

Метлахские половые п л и т к и изготавливаются из ке­рамических масс обжигом при температуре 1 260… 1 300 °С в щеле­вых печах до полного спекания. Свое название эти плитки полу­чили от названия немецкого городка Метлах, где они впервые стали изготавливаться. Эти изделия называются также клинкер­ной плиткой. Их выпускают глазурованными или неглазурован — ными. Глазурованные изделия получают в результате однократно­го обжига (реже — двухкратного).

Введением пигментов плитки окрашивают в массе или только в лицевом слое. Твердость метлахских плиток высокая — не ниже 7 по шкале Мооса, благодаря чему они характеризуются значи­тельным сопротивлением истиранию. Имея очень плотный спек­шийся черепок, плитки практически не поглощают воду.

Лицевая сторона плиток делается одноцветной или узорчатой, гладкой, шагреневой или с вдавленными рисунками.

Плитка, глазурованная под да в л е н и е м, получает­ся в результате совместного прессования керамической массы и нанесенного глазурного слоя и последующего обжига. Готовое из­
делие имеет высокую износостойкость благодаря большой толщи­не глазурного слоя.

Плитка КОТТО изготавливается из неоднородной кера­мической массы, получаемой соединением без смешивания раз­личных видов глины, и не подвергается глазурованию. Использу­ется такая плитка для устройства рустованных полов.

Плитка «керамический гранит» получается прессова­нием смеси из специальных тяжелых глин с добавками различных минералов и обжигом до полного спекания. По внешнему виду материал похож на гранит. Плитка характеризуется высокой проч­ностью, износостойкостью, химической и морозной стойкостью, низким водопоглогцением.

Фасадная керамика представлена фасадными малогабаритны­ми плитками и фасадными крупноразмерными плитами.

Фасадные малогабаритные плитки — тонкостен­ные плитки размерами от 120×65 мм («кабанчик») до 300×200 мм, имеющие гладкую или фактурную наружную поверхность и риф­леную тыльную сторону для лучшего сцепления с раствором.

Фасадные крупноразмерные плиты выпускают с плотным черепком размерами от 600×600 мм до 1 200×1 200 мм. Крупноразмерные плиты (чаще всего керамический гранит) ши­роко используются для навесных вентилируемых фасадов. Их кре­пят с помощью металлических профилей и кронштейнов, приме­няя системы видимой или невидимой подвески.

Терракота (от лат. terra cotta — жженая земля) — неглазурован — ные глиняные изделия (облицовочные плиты, элементы колонн и пилястр, наличники и др.), имеющие после обжига желтую, красную или иную окраску. Если этим изделиям придают вид ор­наментов, барельефов или плафонов, то терракота называется архитектурной. Изделия из архитектурной терракоты применяют­ся вместо аналогичных гипсовых изделий, в отличие от которых терракота не боится увлажнения и может устанавливаться снару­жи здания. Терракота возникла в Древней Греции как замена об­лицовки из натурального камня.

Майолика — керамические изделия с грубым черепком нату­рального цвета, покрытые сверху цветной непрозрачной глазу­рью; примером могут служить ранее широко известные печные изразцы (кафель).

Черепица изготавливается из гончарных глин, отличающихся значительной пластичностью и умеренной усадкой. Для формова­ния черепицы употребляют ленточный или револьверный пресс.

Плоская (бесфальцевая) черепица (рис. 5.6, а) из­готавливается ленточным способом. Она имеет форму пластинки с прямой верхней кромкой. Нижняя кромка может быть закруг­ленной (черепица «бобровый хвост»), прямой, многоугольной или ступенчатой. С тыльной стороны делается шип с отверстием, слу-

Рис. 5.6. Виды черепицы: а — плоская «бобровый хвост»; 6 — ленточная фальцевал; в — марсельская; г — голландская; д — татарская; е — коньковая

жащий для зацепления за обрешетину кровли и крепления к ней с помощью проволоки.

Ленточная фальцевая черепица (рис. 5.6, 6) имеет боковые закрои (паз и гребень но продольным сторонам), кото­рыми она перекрывается с соседними черепицами. Поперечные стороны фальцев не имеют, поэтому каждый горизонтальный ряд черепицы перекрывается напуском верхнего ряда.

Марсельская (фальцевая) черепица (рис. 5.6, в) из­готавливается штамповкой. В отличие от ленточной фальцевой она имеет как боковые, так и головные (на поперечных сторонах) закрои. Благодаря этому черепицы незначительно перекрывают друг друга, вследствие чего их расход на 1 м2 крыши при одинаковом размере с другими видами черепиц получается наименьшим.

Голландская черепица (рис. 5.6, г) имеет S-образную форму; с тыльной стороны она также снабжается шипом.

Татарская черепица (рис. 5.6, д), иначе называемая же­лобчатой, имеет форму продольной половины усеченного конуса. Она не имеет шипа, поэтому употребляется для пологих кровель.

Коньковая черепица (рис. 5.6, е) применяется для конь­ков и ребер крыши. Обычно она входит в комплект с рядовой черепицей.

Черепица может иметь натуральный цвет — от кирпично-крас­ного до желто-серого — или быть глазурованной. Преимуществом черепицы перед другими кровельными материалами является ее высокая долговечность (более 100 лет), а недостатком — большая масса.

Канализационные трубы формуют при помощи специальных механических трубовыжимных прессов. Раструбы должны быть выдавлены одновременно с «телом» трубы. Обжиг труб произво­дится в стоячем положении в туннельных печах при температуре 1 250… 1 280 °С. Керамические трубы подвергаются обязательному глазурованию. Помимо прямых труб выпускаются еще фасонные части к ним: тройники, отводы, переходы, муфты и пробки.

По сравнению с бетонными и чугунными керамические кана­лизационные трубы имеют преимущество — на них не действуют всякого рода химические реагенты, содержащиеся в канализаци­онных стоках, особенно химических предприятий.

Дренажные трубы — это короткие прямые трубы без муфтовых расширений, применяемые в дренажах (системах осушения грун­та). Они имеют пористый, проницаемый для воды, неглазурован — ный черепок.

Формовка труб производится с помощью ленточных прессов.

Клинкер дорожный — это искусственный камень высокой проч­ности, изготавливаемый из глины путем ее обжига до полного спека­ния массы, в результате чего получают чрезвычайно плотное изде­лие, чаще всего в форме кирпича размерами 220x110x65 мм.

Прочность клинкера настолько велика, что он в лучших своих сортах приближается по прочности к граниту. Для клинкера ха­рактерна высокая твердость (до 7 по шкале Мооса), благодаря которой он обладает очень малой истираемостью. Химическая стой­кость клинкера позволяет употреблять его в качестве кислотоупор­ного кирпича.

Наиболее широко клинкер применяется в качестве дорожного материала при устройстве мостовых, пешеходных дорожек, тро­туаров.

Фаянс и фарфор характеризуются белым цветом черепка, по­этому для их изготовления необходимо применять беложгущиеся каолины и глины. Как фаянс, так и фарфор покрываются про­зрачной бесцветной глазурью. От фарфора фаянс отличается лишь более высокой пористостью своего черепка. Фарфор имеет сильно спекшийся черепок.

Рабочие массы для фаянса, особенно для фарфора, составля­ются из первосортных материалов. Формовка изделий осуществ­ляется различными способами: полусухим, пластическим и мок­рым. Обжиг фаянса и фарфора производится дважды: первый раз без глазури (так называемый утильный обжиг), второй раз после покрытия глазурью (глазурный обжиг). В строительном деле фаянс применяется в виде стенных облицовочных плиток и санитарно­технических изделий: ванн, раковин, умывальников, писсуаров, унитазов. Фарфор используют главным образом для изготовления декоративных, а также технических изделий.

Теплоизоляционная керамика представлена кирпичом теплоизо­ляционным, ячеистой керамикой и керамзитовым гравием.

Кирпич теплоизоляционный получают при введении в глину до 20 % выгорающих при обжиге добавок (опилок, торфа, угля, коксового шлама). Применяют также специальные глины, содержащие органические вещества (например, битумные слан­цы) или карбонаты (например, мергелистые глины). Глины зат­воряют пеноэмульсией. Плотность теплоизоляционного кирпича находится в пределах 300…700 кг/м3.

Ячеистая керамика получается путем вспучивания в фор­мах и спекания глиняной крошки или беспорядочно уложенных тонких глиняных стержней. Плотность такой керамики составляет 400… 1 300 кг/м3.

Керамзитовый гравий — пористые гранулы, получае­мые вспучиванием глины при обжиге. Применяется керамзито­вый гравий в качестве заполнителя для легких бетонов и для теп­лоизоляционной засыпки (см. подразд. 9.10).

Огнеупорные материалы применяются при строительстве про­мышленных и обогревательных печей, высокотемпературных аг­регатов и т. д. Их подразделяют на огнеупорные (с температурой размягчения 1 580… 1 770°С), высокоогнеупорные (с температу­рой размягчения 1 770…2 000 °С) и высшей огнеупорности (с тем­пературой размягчения более 2 000 °С). Наряду с температурой боль­шое значение имеет химический состав огнеупоров, так как они могут разрушаться в результате химического воздействия среды (расплавов стекла, металлов, шлаков, горных пород, газов и т. д.). Наиболее распространенными являются следующие виды огне­упоров.

Кремнеземистые огнеупоры (динасовые) содер­жат не менее 93 % кристаллического кремнезема (Si02) в форме тридимита или кристобаллита (см. подразд. 1.2). Их получают об­жигом при температуре выше 870 °С молотых кварцевых пород с небольшой добавкой глины или извести для связывания. Огне­упорность динаса составляет 1 700… 1 750 °С. Его применяют в ка­честве кислой футеровки сталеплавильных, стекловаренных и кок­совых печей.

Алюмосиликатные огнеупоры в зависимости от со­держания кремнезема (Si02) и глинозема (А1203) подразделяются на полукислые, шамотные и высокоглиноземистые.

Нолукислые огнеупоры (Si02 > 65%, А1203 < 28%) с огнеупорностью 1 580… 1 710 °С получают обжигом молотых квар­цевых пород на глинистой или каолиновой связке и применяют для футеровки вагранок коксовых и других печей.

Ш амотные огнеупоры (А1203 = 30…45 %) с огнеупор­ностью до 1 500 °С получают обжигом огнеупорной глины с ото — щаюгцей добавкой шамота (порошка обожженной огнеупорной глины) и применяют для футеровки печей в стекловаренной и цементной промышленности.

Высокоглиноземистые огнеупоры (А1203 > 45 %) по­лучают из бокситов и корундов на глиняной связке обжигом до спекания или плавления и применяют для футеровки доменных и стекловаренных печей.

Магнезиальные огнеупоры состоят главным образом из минерала периклаза (MgO), имеющего температуру плавления 2 800 °С. Их применяют для футеровки сталеплавильных печей и конверторов.

Магнезитовые огнеупоры (MgO = 80…85%) с огне­упорностью выше 2 000 °С получают обжигом до спекания или плав­ления природного магнезита, связанного каустическим магнези­том.

Доломитовые огнеупоры с огнеупорностью до 1 800 °С получают обжигом природного доломита. Они содержат СаО и MgO.

Кислотоупорные изделия (вентили, трубы, баки, фасонные де­тали, кислотоупорные плитки, кирпичи) изготавливаются из глин, не содержащих примесей, понижающих химическую стойкость (карбонатов, гипса, пирита), и применяются на химических за­водах.

Несмотря на все многообразие керамических изделий и при­меняемого для их изготовления сырья важнейшие процессы при их производстве, различаясь в деталях, по существу одни и те же. Получение керамических изделий состоит в основном из следую­щих технологических операций:

1) подготовка сырой керамической массы;

2) формование изделий;

3) сушка изделий и отделка их в необожженном виде;

4) обжиг изделий;

5) глазурование изделий (может предшествовать обжигу или выполняться после предварительного обжига с последующим об­жигом для закрепления глазури).

Приготовление керамической массы. В общем случае керамиче­ская масса состоит из четырех компонентов: глины (или смеси глин); отощителя; флюса и воды. В некоторых случаях, при подхо­дящих природных глинах, отсутствует необходимость в использо­вании отощителя или флюса. При необходимости получения по­ристого черепка в массу вводят порообразующие материалы.

Для того чтобы точно дозировать и равномерно смешивать с другими компонентами, глину подвергают сначала грубому, а за­тем тонкому измельчению. Необходимым условием нормальной работы агрегатов тонкого помола является невысокая влажность глины (не выше 7… 10 %). Поэтому излишне влажную глину сушат в сушильных барабанах сразу после грубого измельчения дробил­ками или глинорезками.

При другом способе производится помол всех компонентов в шаровых мельницах мокрого помола. Полученную керамическую суспензию пропускают через вибрационное сито и подвергают распылительной сушке, получая пресс-порошок влажностью 5…7%.

Для производства доброкачественных изделий необходимо при­дать глине высокую однородность, для чего ее перемешивают в глиномешалках, при необходимости доувлажняя и иногда разог­ревая для повышения пластичности.

Выбор схемы подготовки керамической массы осуществляется с учетом как особенностей сырьевых материалов, так и способа последующего формования, для которого главным моментом яв­ляется влажность W сырьевой смеси. Существуют три наиболее часто применяемых способа подготовки керамической массы: по­лусухой (W = 7… 12%), пластический (W = 17…22%) и мокрый (W> 30%).

Формование керамических изделий. Формование керамических изделий осуществляют пластическим способом, полусухим прес­сованием и шликерным литьем.

Пластическое формование (W = 17…22%) осуществ­ляют при помощи шнекового (ленточного) пресса. Современный безвакуумный ленточный пресс — сложный агрегат, однако прин­цип его работы чрезвычайно прост (рис. 5.1). Керамическая масса через воронку 7 и нагнетательные валки 2 подается на лопасти шнека (червяка) 4, который, вращаясь вокруг своей оси, захва­тывает массу и перемещает ее в сторону сужающейся части — головки 5. На выходе из головки устанавливается съемная насад­ка — мундштук 6, отверстие в котором имеет ту или иную форму, зависящую от конкретного изделия. При изготовлении кирпича мундштук имеет прямоугольное отверстие размером 250×120 мм. Под действием давления (1,6…7,0 МПа), развиваемого шнеком, масса выдавливается через отверстие мундштука и выходит в виде непрерывной глиняной ленты, которая разрезается на отдельные кирпичи стальными струнами.

Методом пластического формования изготавливают как пол­нотелый, так и пустотный (многодырчатый) кирпич, трубы, че­репицу и другие изделия. При производстве керамических труб используют вертикально формующие шнековые прессы.

Полусухое прессование производится при высоком дав­лении (25…35 МПа). В этом случае оптимальное содержание влаги в рабочей массе должно составлять 7… 12%. Формование осуще­ствляется на механических и гидравлических прессах. Упрощен­ная схема формования этим способом показана на рис. 5.2. Прес­сование производится в пресс-форме 4, куда из бункера 7 с помо­щью каретки 3 переносится порция пресс-порошка (рис. 5.2, а). Одновременно при движении вправо каретка сталкивает отфор­мованный сырец 6 (рис. 5.2, в) на приемное устройство (на рис. 5.2 не показано).

При обратном движении каретки (влево) нижний штамп 5 опускается и пресс-порошок заполняет пресс-форму (рис. 5.2, а). После этого опускается и входит в пресс-форму верхний штамп 2, производя предварительное уплотнение массы при давлении около 2 МПа, в результате чего ее объем уменьшается на 30… 35 % (рис. 5.2, б). Дальнейшее прессование производится нижним штам­пом в две ступени. На первой ступени создается давление около

Рис. 5.1. Безвакуумный ленточный пресс: / — приемная часть (воронка); 2 — нагнетательный валок; 3 — цилиндр; 4 — шнек; 5 — головка; 6 — мундштук; 7 — рубашка; 8 — выпорные лопасти; 9 — ребра; 10 — станина; 11 — вал

о ‘sO

 

1 . / …. 1 /I / Ч / 3 ч. )

Рис. 5.2. Последовательность (а…в) полусухого прессования кирпича: 1 — бункер с пресс-порошком; 2 — верхний штамп; 3 — каретка; 4 — пресс — форма; 5 — нижний штамп; 6 — кирпич-сырец

9 МПа. После этого нижний штамп опускается вниз, давая выход отжатому из прессуемой массы воздуху. Если этого не делать, то воздух, расширяясь после снятия давления, разрыхлит отформо­ванное изделие. Окончательное прессование производится при давлении около 30 МПа.

Полусухим прессованием получают керамические плитки, кир­пич, черепицу. Этот способ формования имеет преимущество пе­ред пластическим — при нем практически не требуется сушки изделий и они могут сразу направляться на обжиг.

Шликерное литье керамических изделий основано на спо­собности затвердевшего гипса впитывать воду. Применяют три спо­соба литья: сливной; наливной; комбинированный.

При сливном способе формования жидкую керамическую массу (шликер) наливают в гипсовую форму, пористые стенки которой впитывают влагу, отнимая ее от шликера, вследствие чего по внут­ренней поверхности формы образуется сплошной равномерный слой загустевшей массы (рис. 5.3, а). Когда этот слой приобретет нужную толщину, избыток шликера сливают, а изделие оставляют еще на некоторое время в форме для высыхания (подвялки), вследствие чего оно дает усадку и Легко отстает от стенок формы.

При наливном способе шликер заливают в пространство меж­ду сопрягаемыми частями разъемной формы. При этом способе процесс уплотнения массы протекает быстрее, так как влага от­бирается и с наружной, и с внутренней поверхностей заготовки (рис. 5.3, б). В отличие от сливного наливной способ позволяет формовать изделия более сложной формы и с большей точностью размеров.

В некоторых случаях целесообразно использовать оба способа (комбинированный способ). Например, у раковин и умывальни­ков «тело» чаши — наливное, а полые борта — сливные.

Методом литья изготавливают тонкостенные фаянсовые и фар­форовые санитарно-технические изделия, посуду, вазы, статуэт­ки, химическую посуду и приборы. Этот способ в отличие от дру­гих позволяет изготавливать изделия сложной формы.

Сушка изделий. Сушка изделий осуществляется в сушилках раз­нообразных конструкций (камерных, туннельных). Сушка кера­мических изделий является трудоемкой стадией производства, так как в процессе сушки получается большой процент брака вслед­ствие образования трещин и деформации заготовок.

Глазурование керамических изделий. Глазурью называется тон­кий стекловидный слой, наносимый на поверхность керамиче­ского изделия с целью придать ему красивый внешний вид и од­новременно повысить водонепроницаемость и стойкость к хими­ческим и механическим воздействиям. По составу и физическим свойствам глазури представляют собой разновидности стекол. Для приготовления глазури используют природные материалы, содер­жащие кремнезем и глинозем (кварцевый песок, глину, полевой шпат, тальк и др.), а также соли и оксиды различных металлов: калия, натрия, лития, бора, кальция, магния, бария, цинка, свин-

Рис. 5.3. Способы шликерного литья: а — сливной; 6 — наливной; 1 — заливка шликера; 2 — слив излишнего шлике­ра; 3 — разъем формы; 4 — подвялка; 5 — отформованные изделия

ца, олова и т. д. Оксиды металлов придают глазури ту или иную окраску, улучшают блеск и другие свойства, понижают темпера­туру плавления глазури.

Глазури могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими). И те, и другие могут быть окрашенными и бесцветными.

Тонко измельченную глазурь смешивают с водой для полу­чения суспензии с консистенцией сливок (плотностью 1 350… 1 400 кг/м3) и наносят на поверхность изделия путем полива, окунания или пульверизации. Во время обжига глазурь расплавля­ется, растекается по поверхности и при охлаждении превращает­ся в стекловидный слой.

Обжиг керамических изделий. Обжиг позволяет осуществить необратимое превращение керамической массы в твердое камне­видное тело. Этот процесс называется спеканием.

Процессы при обжиге начинаются с испарения той части ме­ханически примешанной воды, которая целиком не была удалена из изделия при сушке. При дальнейшем повышении температуры в интервале от 500 до 800 °С происходит выделение химически связанной воды. При этом, например, каолинит переходит в ме­такаолинит: А1203 • 2Si02 • 2Н20 -»А1203 • 2Si02 + 2Н2ОТ. В интерва­ле температур от 800 до 900 °С происходит диссоциация глинообра­зующих минералов, например метакаолинита: А1203 • 2Si02 — э А1203 + + 2Si02, а также присутствующего в массе углекислого кальция: СаС03 -> СаО + С02.

Оксид кальция, так же как и остальные оксиды металлов, при последующем повышении температуры начинает реагировать с кремнеземом и глиноземом, образуя легкоплавкие смеси различ­ных силикатов и алюмосиликатов. Количество образующегося рас­плава увеличивается по мере нагрева; в соответствии с этим изме­няются и свойства черепка. Сначала пористый черепок начинает постепенно уплотняться и терять свою пористость, превращаясь в плотный клинкер. Для получения пористых изделий обжиг прово­дят при невысокой температуре. Если же необходимо получить изделие с плотным каменным черепком, то температуру повыша­ют до такого значения, при котором количество расплава стано­вится достаточным для заполнения всех промежутков и пустот между нерасплавленными частицами.

Температура обжига различных изделий строительной керами­ки составляет от 900 до 1 700 °С.

Печи для обжига, применяемые в керамической промышлен­ности, в основном непрерывно действующие. По форме печного пространства современные печи бывают туннельными и щелевы­ми.

Туннельная печь представляет собой длинный (100… 160 м) уз­кий канал, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. Зона обжига в этой печи располагается примерно посередине. Обжига­емые изделия помещаются на вагонетки и вкатываются в печь одна за другой, образуя сплошной поезд. При вдвигании новой вагонетки с одного конца печи весь поезд перемещается так, что с другого конца выталкивается вагонетка с уже обожженным ма­териалом. Туннельные печи используются при производстве кир­пича, керамических труб, сантехнических изделий.

Щелевые печи применяются для обжига керамической плитки и черепицы. Они работают подобно туннельным печам, но имеют очень узкий щелевидный канал, в который подаются изделия с помощью роликового конвейера. Ширина канала щелевых одно­рядных печей — от 0,9 до 2,5 м, высота — 0,6…0,8 м; длина щеле­вой печи — от 24 до 65 м.

Сырьевые материалы, применяемые в керамическом производ­стве, подразделяются на непластичные и пластичные.

Непластичные материалы — это различные природные или ис­кусственные продукты, которые при добавлении к глине снижа­ют ее пластичность. Они употребляются как добавки к глине для регулирования ее технических свойств, но в редких случаях ис­пользуются в виде основного сырья (например, кварцит для по­лучения динаса, магнезит для получения магнезитового кирпи­ча).

В зависимости от назначения различают три вида непластич­ных материалов: отощающие добавки; плавни, или флюсы; поро — образующие добавки.

Отощающие добавки (песок, шамот) применяются для снижения излишней пластичности глины. Они снижают усадку и коробление изделий при сушке и обжиге, тем самым повышая их качество.

Плавни, или флюсы (полевой шпат, мрамор, обсидиан), снижают температуру обжига, образуя легкоплавкие смеси (эв­тектики) и позволяя получить расплав, необходимый для спека­ния черепка, уже при температуре 1 150… 1 300°С.

Порообразующие добавки образуют поры, либо вы­горая при обжиге (древесные опилки, каменноугольная мелочь, торфяная крошка), либо разлагаясь с выделением газов (карбо­натные породы).

Пластичные материалы — это различные сорта глин, которые при затворении водой образуют пластичную массу, способную принимать и сохранять заданную форму.

Глина — распространенная тонкодисперсная горная порода, обладающая способностью при затворении водой давать легко формующуюся пластичную массу и способностью превращаться после обжига в твердое камневидное тело.

Минералогический состав глин разнообразен. Например, ми­нерал каолинит в некоторых глинах (каолинах) находится в ко­личестве до 100 %, а в некоторых — почти совершенно отсутству­ет. Помимо каолинита в составе глин встречаются и другие глино­образующие минералы: монтмориллонит (А1203 • 4Si02 • Н20), гид­рослюды и др.

Технические свойства глины определяют ее пригодность к по­лучению керамических изделий надлежащего качества.

Пластичность глины — это способность глиняного теста дефор­мироваться без разрывов и трещин. Глины, дающие высокоплас­тичное тесто, называются жирными, а глины, дающие низкопла­стичное тесто, — тощими. Жирные глины в отличие от тощих тре­буют больше воды для получения той же пластичности теста. Вслед­ствие этого изделия из жирных глин при высыхании сильно умень­шаются в объеме и дают трещины.

Цвет глины после обжига определяет, для какого вида изделий — грубой или тонкой керамики — может быть применена данная глина.

Чистые глины, состоящие только из водных алюмосиликатов (каолинита и др.), после обжига дают белый цвет и называются беложгущимися. Наиболее частой примесью, вызывающей окраску глин после обжига, являются соединения железа. Чем больше со­держание оксидов железа в глине и чем выше температура ее об­жига, тем интенсивнее получается окраска. Кирпич, обожженный при недостаточно высокой температуре (недожог), всегда слабее окрашен, чем нормально обожженный кирпич, имеющий обыч­но ровную красную окраску. Пережженный кирпич, наоборот, имеет цвет от бурого до синевато-черного.

Огнеупорность глин — это та температура, при которой проис­ходит потеря формы (падение) образца глины в виде трехгран­ной пирамидки и которую принимают за температуру плавления /пл, поскольку глины плавятся в некотором интервале температур. По температуре плавления глины подразделяются на огнеупор­ные (/пл > 1 580°С), тугоплавкие (Гпл = 1 350… 1 580°С) и легко­плавкие (/пл < 1 350 °С).

Огнеупорность глин тем выше, чем они чище, поэтому из чис­ла глинистых материалов наибольшую огнеупорность будет иметь совершенно чистый каолинит, который плавится при температу­ре 1 770 °С. Примеси в глинах понижают температуру их плавле­ния. Огнеупорность глины можно понизить добавкой к ней плав­ней (флюсов).

Интервал плавкости глин — это разность между температурой плавления и температурой спекания глин. Если интервал плавко­сти мал, то существует опасность, что некоторые изделия при обжиге будут расплавлены, так как заводские печи не обеспечи­вают равномерную температуру по всему пространству и отклоне­ния ее в более высокую сторону могут превысить интервал плав­кости.

Чем выше температура обжига, тем больше образуется расплава и тем более спекшийся (более плотный) получается черепок. В ке­

рамике за температуру спекания принимают ту температуру об­жига, при которой водопоглощение получаемого черепка состав­ляет 5 %.

Усадка (воздушная) — уменьшение размеров изделия в резуль­тате его высыхания; огневая усадка — уменьшение размеров изде­лия в результате обжига. Общей усадкой называется суммарное из­менение размеров изделия в результате сушки и обжига. Введение отощающих добавок позволяет снизить усадку.

5.1. Общие сведения

Керамическими называются материалы, которые получаются в результате обжига до спекания отформованной сырьевой мас­сы, состоящей из тонкодисперсного минерального сырья, содер­жащего чаще всего глину в качестве основного компонента.

По назначению керамические изделия подразделяются на три основные группы:

1) художественно-декоративная и хозяйственная керамика;

2) техническая керамика (электротехническая, радиотехниче­ская, химически стойкая, огнеупорная);

3) строительная керамика, к которой относятся: стеновые ма­териалы (кирпич и камни керамические); кровельные материалы (керамическая черепица); облицовочные материалы (облицовоч­ные плитки стеновые, половые, фасадные, майолика, террако­та); санитарно-технические изделия (умывальники, унитазы, пис­суары, биде, смывные бачки, урны и т. д.); трубы (дренажные, канализационные); теплоизоляционные материалы.

Материал, из которого состоят керамические изделия, назы­вается черепком. Различают изделия с пористым черепком, у ко­торых водопоглощение по массе Вм > 5%, и изделия с плотным черепком, у которых Вм < 5 %. К изделиям с пористым черепком относятся кирпич, дренажные трубы, керамзит. К изделиям с плотным черепком относятся клинкерный кирпич, плитки для пола, канализационные трубы.

В зависимости от внешнего вида черепка керамические изде­лия подразделяются на изделия грубой керамики, имеющие ок­рашенный черепок с неоднородной по размеру и окраске компо­нентов структурой, и изделия тонкой керамики, имеющие одно­родную структуру и однообразную, преимущественно белую, ок­раску.

На многие керамические изделия как пористого, так и плот­ного черепка в процессе их изготовления наносят тонкий поверх­ностный слой более или менее легкоплавкого стекла — глазури. Глазурь закрывает поры, сглаживает шероховатости поверхности, придавая ей гладкий и блестящий вид. В соответствии с этим все изделия могут быть разделены на глазурованные и неглазурован — ные. Неглазурованные изделия, в отличие от глазурованных, име­ют матовую, шероховатую поверхность.

Факторы выветривания каменных материалов. Факторы вывет­ривания каменных материалов можно подразделить на три груп­пы: физические; химические; биологические.

Физические факторы выветривания — это колебания темпера­туры; давление воды, расширяющейся при замерзании; растворя­ющее действие воды.

Колебания температуры (суточные) обусловлива­ют возникновение и постепенное развитие трещин в каменных материалах. В полиминеральных породах гранитной и, особенно, порфировидной структур это объясняется несовместимостью тем­пературных деформаций минералов, различающихся цветом и ко­эффициентом температурного расширения (КТР). Проявление по­добной несовместимости в мономинеральных породах связано с анизотропностью кристаллов, т. е. различием КТР в разных на­правлениях. Кроме того, суточные колебания температуры приво­дят к возникновению температурных перепадов, усугубляющих воздействие перечисленных ранее факторов. Устойчивость пород в отношении колебаний температуры возрастает с уменьшением зернистости и увеличением однородности зерен по размеру, цве­ту и КТР.

Давление замерзающей вод ы в порах и трещинах кам­ня является одним из самых существенных факторов разрушения. О морозном разрушении и морозостойкости материалов уже го­ворилось в подразд. 2.3.

Растворяющее действие воды не проявляется в за­метной степени для большинства пород, однако гипс и ангидрит обладают определенной растворимостью.

Химические факторы выветривания — это в основном гидроли­тическое действие воды, химическое растворение пород и воз­действие природных и промышленных газов.

Гидролитическое действие воды проявляется в от­ношении, например, полевых шпатов. Несмотря на чрезвычайно малую растворимость в воде в присутствии углекислоты они распа­даются на нерастворимый каолинит (алюмокремневую кислоту) и легко растворимые углекислый калий и аморфный кремнезем:

К20 • А1203 • 6Si02 + С02 + 2Н20 =

= А1203 — 2Si02 — 2Н20 + К2С03 + 4Si02

Химическое растворение известняков, доломитов, маг­незита (пород, сложенных углекислым кальцием или углекислым магнием) происходит в воде, содержащей свободную углекисло­ту. Соответствующая реакция с пояснениями была приведена при рассмотрении процессов образования известкового туфа (см. под — разд. 4.3).

Растворение каменных материалов может происходить также при наличии в воде органических и неорганических кислот.

Воздействие природных и промышленных га­зов, главным образом кислорода и сернистого газа (S03), играют важнейшую роль в выветривании каменных материалов. Оба газа могут образовать серную кислоту: кислород — при действии на пирит (FeS2), а сернистый газ — при растворении в воде. Разру­шительное действие серной кислоты на большинство минералов известно. Например, мрамор на открытом воздухе легко перерож­дается в гипс.

Биологические факторы выветривания, обусловленные жизне­деятельностью некоторых низших организмов (грибов, лишайни­ков, мхов), наиболее часто наблюдаются на северных, как прави­ло, шероховатых стенах зданий и сооружений. Разрушению камня способствует выделение растениями органических кислот и по­требление ими минеральных веществ, переходящих в раствор. В то же время заселение камня низшими растениями препятствует его просыханию, обусловливая тем самым морозное разрушение.

Полировка камня значительно повышает его долговечность, однако полностью не исключает биологическое выветривание.

Меры борьбы с выветриванием. Меры борьбы с выветриванием могут быть конструктивными и консервационными.

Конструктивные меры заключаются в создании рациональных конструкций (отсутствие выступов, карнизов, на которых могла бы задерживаться вода; шлифовка и полировка камня и т. д.).

Консервационные меры заключаются в пропитке камня на дос­таточную глубину специальными составами (эти вопросы подробно рассмотрены в подразд. 15.2).

Флюатирование — способ, применяемый для известня­ков. При пропитывании их раствором флюатов Кесслера (солей кремнефтористоводородной кислоты) получается целый ряд труд­но растворимых в воде соединений. Например, при применении магниевого флюата образуются трудно растворимые соединения:

MgSiF6 + 2СаС03 = 2CaF2 + MgF2 + Si02 + 2С02

Аванфлюатирование — способ, применяемый для кам­ней, не содержащих СаС03. В этом случае камень перед флюати — рованием пропитывают составом, содержащим известковую или иную соль, с которой флюат дает нерастворимые соединения.

По форме естественные каменные материалы можно подраз­делить на четыре вида:

1) штучные камни (стеновые, дорожные);

2) плиты (облицовочные, половые, тротуарные, кровельные, плиты перекрытий, плиты ограждений);

3) песок, щебень, гравий, булыжник, валуны;

4) архитектурно-строительные детали (элементы пилястр и колонн, наличники, карнизы, ступени, подоконники, каминные полки, столешницы и т. д.).

Штучный камень и плиты получают либо непосредственно в карьере в процессе добычи, либо на камнеобрабатывающих пред­приятиях путем распиловки добытых в карьере блоков. Архитек­турно-строительные детали изготавливают на предприятиях, а рыхлые материалы заготавливают в карьерах.

Технические требования на изделия из каменных пород. Ка­менные материалы по плотности подразделяются на тяжелые (у0 > 1 800 кг/м3) и легкие (у0 < 1 800 кг/м3). Их марки по прочно­сти при сжатии (нижний предел, кгс/см2) составляют: у тяжелых пород — от 100 до 1 000; у легких пород — от 4 до 200; по морозо­стойкости — от 10 до 500 (циклов замораживания и оттаивания); по коэффициенту размягчения — 0,6; 0,75; 0,8; 0,9; 1,0.

Виды каменных материалов. Необработанные камни и плиты, полученные взрывным способом или откалыванием от породы, называются бутовым камнем. При разработке слоистых пород (из­вестняков, песчаников, гнейсов) бут получается постелистым (плоским), что является удобным для бутовой кладки стен и фун­даментов.

Облицовочные плиты изготавливают из гранита, сие­нита, лабрадорита, кварцита, мрамора, известняка, песчаника и других пород. Изделия из изверженных пород и кварцита очень стойки к выветриванию, но из-за высокой твердости тяжело об­рабатываются, а следовательно, дороги. Их применяют в основ­ном для облицовки фасадов и цоколей зданий, а внутри помеще­ний используют менее стойкие мягкие породы (мрамор, извест­няк), обработка которых стоит дешевле.

В зависимости от способа получения облицовочные плиты бы­вают колотыми, тесаными и пилеными. Колотые и тесаные пли­ты, получаемые ударной обработкой, могут иметь различную фак­туру: бугристую, рифленую, борозчатую, точечную. Абразивной обработкой получают более тонкие фактуры: пиленую (с глуби­ной бороздок менее 1 мм); шлифованную (с шероховатостью ме­нее 0,5 мм); лощеную (гладкую без блеска); полированную (с зер­кальным блеском).

Камни стеновые из легких пород (вулканического туфа, опоковидных трепелов, известкового туфа, известняка-ракушеч­ника и других пористых пород) выпиливают размерами 390х 190х 188 мм; 390х 190×288 мм; 490х240х 188 мм. Дополни­тельно выпиливают уменьшенные камни, составляющие по дли­не 1/2 или 3/4 от полномерного камня. Марки стеновых камней по прочности при сжатии — от 4 до 400. Один полномерный ка­мень заменяет 8… 16 кирпичей, что повышает производительность труда, уменьшает расход раствора, повышает сейсмостойкость здания.

Дорожные каменные материалы включают в себя брусчатку, тротуарную плитку, бортовые камни. Брусчатку полу­чают раскалыванием изверженных горных пород (диабаза, базаль­та) на камни в форме параллелепипеда, суживающегося книзу. Размеры верхней грани 250 х 125 мм при высоте 130 или 160 мм и 200x 100 мм при высоте 100 мм. Предел прочности при сжатии брусчатых камней должен быть не ниже 100 МПа (марка 1000), а коэффициент размягчения — не ниже 0,8. Брусчатку получают также литьем горных пород и металлургических шлаков.

Бортовые камни изготавливают пилеными или колотыми. Они могут иметь прямоугольную или криволинейную форму. Длина бортовых камней составляет от 700 до 2 000 мм, ширина — от 80 до 200 мм; высота — от 200 до 600 мм. Марки камней по прочно­сти должны быть не ниже 900 для магматических пород и 600 — для осадочных и метаморфических пород.

Кровельные материалы в виде плитки изготавливают главным образом из кристаллических сланцев. Применяются так­же кровельные плоские плитки из пильных известняков и ступен­чатые плиты для сводчатых сооружений.

Добыча каменных материалов. Добыча рыхлых пород (глины, песка, гравия) производится открытым способом с помощью экскаваторов и других машин.

Песок со дна рек, озер, заливов добывают с помощью всасы­вающих устройств, которые забирают песок вместе с водой и транс­портируют его по трубам в отвалы, где происходит его обезвожи­вание.

Постелистый бут добывают с помощью бурильных, ударных механизмов и клиньев.

Рваный бут, использующийся для бутовой кладки, бутобето­на, бетона (в виде щебня), а также для дорог и гидротехниче­ских сооружений, добывают главным образом взрывным спосо­бом.

Щебень получают дроблением камня в щековых или конусных дробилках и сортируют по фракциям на вращающихся грохотах или вибрационных ситах. Для промывки щебня (или гравия) по­дается вода.

Мягкие породы (туфы, ракушечники) разрабатываются откры­тым или закрытым способами. Режут породы специальными кам­нерезными машинами с помощью дисковых, цепных или канат­ных пил. Существуют машины, вырезающие из породы крупные блоки, которые затем циркулярными машинами могут быть раз­резаны на плиты.

Твердые породы обычно разрабатывают, отделяя сначала бу­роклиновым способом или пилением крупный блок, из которого изделия получают на камнеобрабатывающих заводах.

Отходы, в больших количествах образующиеся на камнерезных заводах в виде рыхлых материалов различной крупности, сорти­руют на фракции и используют в качестве заполнителей и напол­нителей в бетонах, растворах и других материалах различного на­значения.

На поверхности земли в условиях атмосферы происходят про­цессы выветривания. Под поверхностью земли располагается пояс цементации. Ниже этой зоны, начиная с глубины примерно 1 км, простирается зона метаморфизма (видоизменения), в которой породы, как изверженные, так и осадочные, подвергаются воз­действию высокой температуры, высокого давления и химически активных газов и растворов. В результате рождаются новые поро­ды, отличающиеся от исходных минералогическим составом, структурой (часто слоистой или сланцеватой) и свойствами.

Гнейс — продукт метаморфизма гранита. Он сходен с ним по минералогическому составу и отличается лишь более или менее резко выраженной сланцеватостью, которая, с одной стороны, облегчает разработку и позволяет получать постелистый бутовый камень, а с другой стороны — понижает механическую прочность.

Глинистые (кровельные) сланцы — продукты мета­морфизма глин — обладают совершенной сланцеватостью и спо­собны раскалываться на очень тонкие (толщиной до 2,5 мм) плитки. Они состоят главным образом из кварца, слюды и глинистого вещества. Цвет их меняется от серого до черного. Глинистые слан­цы являются прекрасным кровельным материалом, долговечным, превосходящим по долговечности все другие виды кровельных материалов. Они не требуют окраски и периодических ремонтов, огнестоеки, не разрушаются при действии паров кислот и серни­стого газа. По сравнению с черепицей кровельный сланец имеет большую долговечность, водонепроницаемость, меньшую массу (крыши, покрытые кровельным сланцем, почти на 50% легче че­репичных). Плитки из кровельного сланца можно обрезать и опи­ливать, а также пробивать гвоздями.

Кварциты образуются в результате метаморфизма кремнис­тых песчаников, когда цементирующее кремнистое вещество пе­реходит в кварц и сливается с кварцевыми зернами песка. Цвет кварцитов обусловлен примесями. Наиболее распространены бе­лые, серые, желтоватые и красные кварциты. Кварциты характе­ризуются самой высокой прочностью и твердостью среди горных пород. Несмотря на трудности добычи и обработки кварциты при­меняются в строительстве в качестве штучного камня, для изго­товления щебня и в других целях. Многие сорта кварцитов ис­пользуются для облицовки зданий и для декоративных деталей. Кварциты широко применяются для изготовления огнеупорного кирпича, известного под названием «Динас».

Мрамор — порода, состоящая из кристаллических зерен каль­цита, в некоторых случаях — с примесью углекислого магния, доходящей иногда до состава чистого доломита. Предполагается, что мрамор образовался в результате метаморфизма карбонатных пород. При наблюдении шлифа мрамора под микроскопом в нем совершенно не видно аморфного цементирующего вещества; от­дельные зерна кальцита сращены между собой без промежуточ­ного цемента так, как это наблюдается, например, в гранитах.

Цвет мраморов разнообразен и зависит от природы примесей. При неравномерном распределении примесей получается мрамор различных цветов и узоров. Ценность мрамора повышается с умень­шением размера зерен. Мрамор разрабатывается сравнительно лег­ко; из него можно выпиливать тонкие плиты. Под влиянием сер­нистого газа мрамор выветривается, превращаясь в гипс.

Мрамор употребляется главным образом как декоративный и отделочный материал для внутренней облицовки зданий, для пе­рил, лестничных ступеней, подоконников, в виде мраморной крошки и т. д.

Процессы, происходящие при образовании осадочных горных пород и их классификация. Первичные (изверженные) горные породы, находящиеся на земной поверхности, подвергаясь вы­ветриванию (см. подразд. 4.6), постепенно превращаются в рых­лые продукты разрушения, которые ветром, льдом и главным образом водой сносятся в более низкие места, закрытые водные бассейны, моря и океаны, где происходит их осаждение. Произо­шедшие таким образом горные породы называются вторичными, или осадочными.

Вода может переносить продукты разрушения двумя путями: механически (мелкие частицы — во взвешенном состоянии, а крупные частицы — перекатывая по дну) и в виде водного ра­створа (растворимые продукты). В зависимости от этого и образо­вание осадка происходит либо в результате механического выпа­дения частиц из потока (при замедлении течения реки), либо в результате выделения растворимого вещества в осадок при испа­рении воды или в случае химических реакций, в результате кото­рых образуются нерастворимые соединения. Кроме того, образо­вание осадка происходит в результате жизнедеятельности низших животных или растительных организмов.

По происхождению осадочные породы подразделяются на ме­ханические осадки (или обломочные породы), физико-химиче­ские осадки и органогенные породы (рис. 4.3). В свою очередь, механические осадки подразделяются на рыхлые и сцементиро­ванные, а органогенные породы — на зоогенные и фитогенные. Зоогенные породы произошли в результате жизнедеятельности жи­вотных, а фитогенные — в результате жизнедеятельности расти­тельных организмов.

Минералогический состав осадочных горных пород представ­лен минералами, приведенными в табл. 4.3.

В осадочных породах, таких как механические осадки, могут встретиться все минералы первичных пород. Однако для осадоч­ных горных пород характерны свои, присущие только им минера­лы. В то время как в магматических породах преобладают соли сла­бых кислот (кремневой и алюмокремневой), в осадочных горных породах силикаты и алюмосиликаты играют подчиненную роль, уступая первое место солям сильных кислот (угольной, серной и Т. Д.).

Кальцит (известковый шпат) встречается в составе извест­няков и мраморов как в виде правильно образованных кристал­лов, так и в виде сплошной массы разнообразного сложения, зер­нистой или плотной. Чистый кальцит бесцветен; при наличии же примесей он бывает сероватым (или белым) или окрашенным в светлые оттенки голубого, желтого, бурого и других цветов. Каль­цит характеризуется совершенной спайностью по трем направле­ниям. Его распознают по реакции с соляной кислотой, с которой он хорошо реагирует даже на холоде, выделяя с характерным вспе­ниванием углекислый газ. Растворимость кальцита в обычной воде ничтожно мала, однако он хорошо растворяется в воде, содержа­щей С02. Это свойство кальцита лежит в основе образования ряда известковых пород. Его также нужно учитывать при использова­нии строительного камня из пород, богатых СаС03.

Магнезит в природе встречается в составе одноименной по­роды. Магнезит используется для изготовления огнеупорных изде­лий и вяжущего вещества — каустического магнезита.

Доломит по химическому составу представляет собой двой­ную соль углекислых кальция и магния. Он встречается как в кри­сталлическом виде, так и в виде зернистых (реже — землистых) масс в составе породы с таким же названием. Доломит применя-

Магматические горные породы?

Выветривание

t

Перенос ___ I

4D Ю	Таблица 4.3 Минерал Химический состав Цвет Плотность, кг/м3 Твердость Примечание Кальцит СаС03 Бесцветный, белый и др. 2 600…2 800 3 Слагает известняки, мрамор, мел Магнезит MgC03 Белый, серый, желтый и др. 2 900… 3 100 3,5…4 Сырье для огнеупоров и магнезиальных вяжущих веществ Доломит СаС03 • MgC03 2 800…2 900 3,5…4 Гипс CaS04- 2Н20 Бесцветный, белый и др. 2 300 2 Сырье для гипсовых вяжущих веществ Ангидрит CaS04 Белый и др. 2 950 3… 3,5 Каолинит А1203- 2Si02- 2Н20 Белый 2 500 1 Входит в состав глин Водный кремнезем Si02 • лН20 Разные оттенки — 6 Природное цементи­рующее вещество

 

ется, как и магнезит, при производстве огнеупоров и для получе­ния вяжущего вещества — каустического доломита.

Различают эти минералы по действию соляной кислоты. Маг­незит не реагирует с соляной кислотой ни при каких условиях, а доломит реагирует с соляной кислотой, но плохо; при нагрева­нии он выделяет С02. В горных породах кальцит и доломит сопут­ствуют друг другу в различных соотношениях.

Гипс и ангидрит представляют собой сернокислые соли кальция и образуют породы с одноименными названиями. Гипс может иногда являться цементирующим веществом в песчаниках. В отличие от гипса ангидрит не содержит кристаллизационной воды. Однако он медленно присоединяет воду, постепенно пере­ходя в гипс. Ни тот, ни другой как строительные камни не упот­ребляются. Главное применение гипса и ангидрита — получение гипсовых вяжущих веществ.

Каолинит образуется при выветривании полевых шпатов и является главной составной частью многих глин. Чистый каоли­нит имеет белый цвет, землистый вид, на ощупь слегка жирен и легко рассыпается.

Водный кремнезем в осадочных породах в отличие от магматических горных пород присутствует не только в кристалли­ческом состоянии (в виде кварца), но и в аморфном виде, часто в соединении с водой (Si02 ■ лН20); таким является, например, опал, содержащий до нескольких процентов воды. Водный аморфный кремнезем слагает такие осадочные горные породы, как диатомит и трепел, а также является очень прочным природным цементи­рующим веществом, заполняя промежутки между зернами песка (в песчаниках) и кальцита (в известняках).

Виды структур осадочных горных пород. Зернисто-крис­таллическая (мраморовидная) структура — порода состоит из кристаллических зерен, ясно различимых невооруженным гла­зом или под микроскопом. В зависимости от размера зерен разли­чают мелко — (0,25…0,75 мм), средне — (0,75… 1,25 мм), крупно — (1,25…2,00 мм) и грубозернистую (2…3 мм) структуру.

Плотная (тонкозернистая) структура — зерна трудноотли­чимы друг от друга даже под микроскопом. Условно к плотным относятся породы зернисто-кристаллической структуры с разме­ром зерна менее 0,25 мм.

Оолитовая структура — порода состоит из шариков ради­ально-концентрического сложения, сцементированных природ­ным цементирующим веществом. Оолитовая структура характерна для оолитовых известняков.

Обломочная (кластическая) структура — порода состоит из обломков горных пород, сцементированных природным це­ментом. Такую структуру имеют песчаники, конгломераты и брек­чии.

Туфовая (пенистая) структура — структура пористых гор­ных пород.

Рыхлые механические осадки подразделяются по размеру частиц d на глину (d < 0,005), пыль (d = 0,005… 0,050), песок (d = = 0,05…5,00), щебень и гравий (d > 5 мм), булыжники и валуны (крупные камни).

Глина представляет собой мучнистую, тонкодисперсную по­роду, сложенную глинообразующими минералами: каолинитом, монтмориллонитом (А1203-4Si02‘лН20), гидрослюдами и неко­торыми другими, которые состоят из отдельных тончайших час­тиц (менее 1 мкм) пластинчатой формы, связанных между собой силами молекулярного притяжения.

Глины образуются в результате выветривания горных пород, богатых полевыми шпатами (гранита, сиенита, гнейса, порфира).

Песок может быть кварцевым, полевошпатовым, известко­вым, доломитовым и т. д. Речной, морской и озерный пески ха­рактеризуются окатанной формой зерен и гладкой поверхностью. Горный и овражный пески имеют угловатую форму и шерохова­тую поверхность зерен.

Большое количество песка расходуется при приготовлении стро­ительных растворов и бетонов, в дорожном деле — при устрой­стве оснований дорог и приготовлении асфальтобетона. Чисто квар­цевые (без примесей) пески высоко ценятся и употребляются как сырье в стекольной, керамической и металлургической промыш­ленностях.

Щебень является породой первичной по отношению к гра­вию; он образуется непосредственно из материнской породы при ее разрушении и состоит из обломков, имеющих угловатую, ост­рогранную форму.

Гравий образуется из щебня в руслах рек, по берегам морей и озер. Частицы гравия имеют окатанную форму и гладкую поверх­ность.

Гравий и щебень применяются в дорожном деле: в качестве балласта для железных дорог и как заполнитель для бетона.

Булыжники и валуны — обломки горных пород ледни­кового происхождения, по размерам превышающие гравий. Их ис­пользуют для получения щебня.

Сцементированные обломочные породы образуются из рыхлых отложений в результате их уплотнения и воздействия просачива­ющейся сквозь них воды, несущей в себе то или иное природное связующее вещество, которое, выделяясь из воды, цементирует обломки. К сцементированным породам относятся, например, песчаник (сцементированный песок), конгломерат (сцементиро­ванный гравий), брекчия (сцементированный щебень).

Песчаники различаются по виду цементирующего вещества. В порядке возрастания прочности их можно расположить следую­щим образом: глинистые; гипсовые; железистые; известковые; кремнистые.

Глинистые песчаники сцементированы глиной. Они малопроч­ны, размягчаются в воде и быстро выветриваются.

Гипсовые песчаники сцементированы гипсом, который раство­рим, а потому не обладают достаточной устойчивостью.

Железистые песчаники, сцементированные бурым или крас­ным железняком, обладают удовлетворительными качествами и могут быть использованы как строительные камни.

Известковые песчаники, цементирующим веществом в кото­рых является плотный или кристаллический кальцит, обладают высокой прочностью и устойчивостью. При значительном содер­жании в цементе MgC03 песчаники называются доломитовыми.

Кремнистые песчаники, роль цементирующего вещества в ко­торых выполняет кремнезем в виде кварца, халцедона или опала, обладают высокой механической прочностью, приближающейся к прочности магматических пород, малой истираемостью, боль­шой твердостью и огнеупорностью. К недостаткам кремнистых песчаников относится их трудная обрабатываемость.

В строительстве песчаники используются в качестве штучно­го камня, облицовочного материала, а также для изготовления щебня и т. д.

Конгломераты и брекчии бывают железистые, извест­ковые, кремнистые и др. В конгломератах сцементированы ока­танные обломки горных пород, а в брекчиях — угловатые.

Осадочные породы химического происхождения получились в ре­зультате осаждения вещества из истинных (путем кристаллиза­ции) и коллоидных (вследствие коагуляции) растворов.

Известняки представляют большую группу пород, сложенных в основном минералом кальцитом и различающихся происхожде­нием и структурой.

Различают зернисто-кристаллические известняки или мрамо­ры; плотные известняки, в которых зерна трудноотличимы нево­оруженном глазом; оолитовые известняки; мел; известковые туфы и известняки-ракушечники.

Подавляющая часть известняков загрязнена различными при­месями, наибольшее значение из которых имеют глина и угле­кислый магний. Смесь глины с известняком может быть настоль­ко совершенной, что невооруженным глазом не удается разли­чить отдельные частицы глины и известняка. Количество глины варьируется в широком диапазоне, так что имеется целый ряд переходных пород от известняка к глине: известняк — глинистый известняк — известковый мергель — мергель — глинистый мер­гель — известковая глина — глина. Аналогично примесь MgC03 дает две переходные от известняка к доломиту породы: магнези­альный известняк и известковый доломит.

Плотный (обыкновенный) известняк состоит из мелких зерен кальцита, связанных цементирующим веществом, чаще всего кальцитовым или известково-глинистым. Наиболее со­вершенные представители этой группы приближаются по струк­туре и свойствам к мраморам и называются мраморизованными известняками.

Обыкновенные известняки распространены в природе и ши­роко используются в строительстве в качестве штучного и бутово­го камня.

Известковый туф образовался в результате растворения углекальциевых пород и осаждения их в новом месте. Раствори­мость СаС03 сильно возрастает, если в воде содержится свобод­ная углекислота. Такая вода, просачиваясь в недрах земли через известняковые отложения, переводит карбонат кальция в раство­римый бикарбонат:

СаС03 + С02 + Н20 ^ Са(НСОз)2

Когда вода, содержащаяся в растворе Са(НС03)2, выходит на поверхность и давление падает до атмосферного, углекислота из нее улетучивается. При недостатке С02 реакция протекает в об­ратном направлении с выделением СаС03 в виде твердого осадка. Из-за выделения углекислого газа образуются сильно пористые, ноздреватые и ячеистые отложения СаС03, называемые известко­вым туфом. Благодаря малой плотности и достаточной прочности известковый туф используется в качестве стенового материала.

Оолитовый известняк состоит из концентрически сло­женных кальцитовых шариков, сцементированных углекислым кальцием. Внутри каждого шарика находится песчинка. Шарики образуются в водных потоках, когда взвешенные частицы обвола­киваются углекислым кальцием, выделяющимся из раствора по описанному ранее механизму. При достижении критических раз­меров шарики оседают на дно и цементируются той же солью. В за­висимости от размеров шариков порода называется икряным, или гороховым, камнем.

По техническим свойствам оолитовые известняки значительно уступают плотным. Их временное сопротивление сжатию состав­ляет около 20 МПа.

Осадочные породы органогенного происхождения выделились из воды морских или пресных бассейнов в результате жизнедеятель­ности низших животных (зоогенные породы) и растительных (фи­тогенные породы) организмов, в том числе бактерий.

Известняк-ракушечник — разновидность известняков, состоящая из раковин моллюсков различной степени сохраннос­ти, сцементированных между собой углекальциевой солью.

Цвет ракушечников — желтовато-белый, иногда серый или слабосиневатый. Они характеризуются высокой пористостью и

вследствие этого малой плотностью (около 1 300 кг/м3). Теплопро­водность ракушечников в 2 — 3 раза меньше, чем красного кирпи­ча. Благодаря малой твердости, особенно во влажном состоянии, ракушечники легко обрабатываются; их можно пилить обыкно­венной пилой и тесать топором. Они также обладают хорошей гвоз — димостью. Отрицательным качеством ракушечников является их сильное водопоглощение, поэтому требуется наружное оштукату­ривание зданий. Ракушечник является распространенным стено­вым материалом в южных районах России.

Диатомит — слабосцементированная кремнистая (сложен­ная аморфным кремнеземом) порода белого, светло-серого и жел­товато-серого цвета, состоящая из скоплений микроскопических скелетов водорослей-диатомей, радиолярий и губок.

Трепел — порода, вторичная по отношению к диатомиту, состоящая из мельчайших зерен опала или халцедона (разновид­ностей аморфного кремнезема). По своим физико-техническим свойствам трепел сходен с диатомитом. Обе породы применяются в качестве гидравлической добавки к цементу и извести как тон­кодисперсные наполнители в материалах на основе битумов, по­лимеров и т. д.

Опока — продукт цементации трепела кремнистым веществом.

Процессы, происходящие при образовании магматических гор­ных пород, и их классификация. Магматические (первичные) гор­ные породы образовались в результате извержения и остывания магмы (каменного расплава, находящегося в недрах земли). При остывании магмы внутри земной коры (рис. 4.1, а) образовавша­яся порода называется глубинной, или интрузивной. Если же поро­да произошла в результате остывания магмы, излившейся на по­верхность (рис. 4.1, б), то она называется излившейся, или эффу­зивной.

Кроме этих двух групп пород, являющихся массивными, при выбрасывании лавы из вулканов в виде брызг образуются рыхлые вулканообломочные породы — вулканические пепел и песок. Эти породы могут быть сцементированы лавой.

а б

 

Рис. 4.2. Процессы, происходящие при образовании магматических гор-
ных пород, и их классификация

Процессы, происходящие при образовании магматических гор­ных пород, и их классификация представлены на рис. 4.2.

Минералогический состав магматических горных пород пред­ставлен четырьмя группами породообразующих минералов: квар­цем; полевыми шпатами; слюдами; темноокрашенными минера­лами (табл. 4.1). Последние в отличие от светлых кварца и полевых шпатов являются всегда сильно окрашенными.

Кварц (кристаллический кремнезем — Si02) присутствует в породах в виде непрозрачных или слабо просвечивающихся зе­рен, имеющих стеклянный блеск и окрашенных в разнообразные цвета.

Кислоты, за исключением плавиковой, не действуют на кварц. Поэтому кварц почти не выветривается и его зерна являются ко­нечным остатком от разрушения пород, его содержащих. В то вре­мя как остальные минералы превращаются в тончайшие продук­ты разрушения (глину), кварц образует песок.

Полевые шпаты — это группа минералов, обладающих близким химическим составом и физическими свойствами. Мине­ралы этой группы характеризуются светлыми оттенками разнооб­разных цветов. От кварца они отличаются присущей им совершен­ной спайностью.

Полевые шпаты подразделяются на ортоклаз (прямо раскалы­вающийся) и плагиоклазы (косо раскалывающиеся).

00

ю

Группа минералов	Минерал	Химический состав	Содержание Si02, %	Плотность, кг/м3	Твердость	Способность выветриваться
Кварц	Кварц	Si02	100,0	2 650	7	Не выветривается
Полевые	Ортоклаз	К20 ■ А1203 — 6Si02	64,8	2 560	6	Выветриваются легче
шпаты	Плагиоклазы:					остальных минералов, превращаясь в каоли-
	альбит	Na20 • А1203 • 6Si02	68,7	2 620	6	нит
	олигоклаз	Изоморфные смеси Na20 • А1203 • 6Si02 и СаО • А1203 • 2Si02			6
	андезин		—	—	6
	лабрадор		—	—	6
	битовнит		—	—	6
	анортит	Ca0Al203-2Si02	43,2	2 760	6
Слюды	Мусковит	Калиевая слюда	56,0	2 750	2,0…2,5	Мусковит
	Биотит	Железомагнезиальная слюда	32,0	3 200		выветривается труднее биотита
Темноокра-	Авгит	Силикаты и алюминаты	Около 40,0	3 000… 3 600	6	Выветриваются труднее
шенные минералы	Роговая обманка	кальция магния и же­леза				полевых шпатов
Оливин

В ортоклазе плоскости спайности образуют прямой угол, а в плагиоклазах — угол около 86°. По химическому составу ортоклаз представляет собой алюмосиликат калия, а плагиоклазы — серию минералов, крайними членами которой являются альбит (алюмо­силикат натрия) и анортит (алюмосиликат кальция). Все проме­жуточные члены между альбитом и анортитом рассматриваются как изоморфные смеси того и другого.

В альбите, в формулу которого входит 6Si02, содержится го­раздо больше кремнезема (68,7%), чем в анортите (43,16%), в формулу которого входит всего только 2Si02. Поэтому альбит и олигоклаз должны быть причислены к кислым плагиоклазам, а анортит с примыкающим к нему битовнитом — к основным. Ор­токлаз, содержащий в составе молекулы 6Si02, разумеется, нуж­но рассматривать как кислый полевой шпат. Все полевые шпаты легко выветриваются и превращаются в каолин — наиболее чис­тую разновидность глины.

Слюды в породах представлены в основном двумя разновид­ностями: биотитом (черная слюда) и мусковитом (прозрачная слюда). От других минералов слюды отличаются совершенной спайностью и очень низкой твердостью. Слюды в большом количестве сильно понижают механические свойства горной породы и затрудняют получение хорошего качества полированной поверхности.

Темноокрашенные минералы представлены пироксе — нами и амфиболами — двумя сходными между собой группами минералов, каждая из которых насчитывает по несколько пред­ставителей. Для пироксенов наиболее характерным минералом яв­ляется авгит, а для амфиболов — роговая обманка. Отличитель­ным признаком этих минералов является угол, образуемый плос­костями спайности; у роговой обманки он равен 124°, а у авгита — 87°. Как амфиболы, так и пироксены отличаются от остальных минералов очень темной окраской и высокой плотностью (3 000… 3 600 кг/м3). Выветриваются они труднее полевых шпатов.

Анализируя данные, представленные в табл. 4.1, можно сде­лать несколько выводов.

1. Содержание в минералах кремнезема понижается сверху вниз — от кварца (100% Si02) к темноокрашенным минералам (35…50% Si02). Следовательно, кислотность магматических гор­ных пород будет зависеть от преобладания тех или иных минералов.

2. Магматические горные породы составлены преимуществен­но из силикатов и алюмосиликатов. Этим они отличаются от оса­дочных пород, в которых над солями слабых кремневой и алю — мокремневой кислот преобладают соли сильных кислот, в первую очередь, угольной и серной.

3. Окраска минералов изменяется от светлой (вверху таблицы) до темной (внизу таблицы), так что все кислые породы слабо ок­рашены; все основные, наоборот, окрашены сильно.

4. Породы с повышенным содержанием темных составляющих более тяжелые, чем породы светлоокрашенные.

5. Наименее стойкими к выветриванию являются породы с наи­большим содержанием полевых шпатов.

Структура магматических пород. Магматические горные поро­ды характеризуются зернисто-кристаллической (гранитной) и порфировой структурами.

Зернисто-кристаллическая структура имеет зер­на, различимые невооруженным глазом и мало отличающиеся по размеру. Эта структура характерна для глубинных пород, образую­щихся при медленном охлаждении магмы, когда кристаллы име­ют возможность расти.

Порфировая структура имеет зерна, невидимые нево­оруженным глазом. Часто на фоне такой скрытокристаллической или стекловатой массы наблюдаются отдельные крупные вкрап­ленники. Порфировая структура присуща излившимся породам. Наличие в последних вкрапленников можно объяснить тем, что кристаллизация магмы начиналась еще в недрах земли, когда тем­пература снижалась очень медленно. После излияния магмы на поверхность застывала оставшаяся масса, но уже при быстром охлаждении, поэтому она и получилась плохо закристаллизован­ной.

П орфировидная структура (т. е. структура, похожая на порфировую) является разновидностью зернисто-кристаллической структуры. Порода с такой структурой содержит вкрапленники больших размеров и имеет окружающую их основную массу зер­нисто-кристаллическую. Это напоминает сильно увеличенную пор­фировую структуру с вкрапленниками.

Равномерно-зернистые породы превосходят по техническим свойствам породы с порфировидной структурой, причем техни­ческие свойства (механическая прочность, стойкость к выветри­ванию) повышаются обычно с уменьшением средней величины зерна. Породы порфировой структуры по техническим свойствам стоят тем ниже, чем больше в них стекла. Стекловатые породы (обсидиан) очень хрупки.

Классификация магматических горных пород по структуре и минералогическому составу представлена в табл. 4.2.

В центральной части в трех строках таблицы приведены глав­нейшие магматические горные породы, употребляемые в каче­стве строительного материала.

Каждому представителю глубинных пород соответствуют по два представителя излившихся пород, являющихся полными их ана­логами по минералогическому составу и отличающихся только структурой. Одна и та же магма могла застыть или на глубине, или на поверхности земли. Минералогический состав пород мы мо­жем прочитать в том же столбце таблицы сразу над ними. Напри­мер, о минералогическом составе гранита и его аналогов (кварце­вого порфира и липарита) читаем: кварц — есть, из полевых шпатов присутствует ортоклаз, темноокрашенных минералов — мало. Если мы проследим по таблице слева направо за минерало­гическим составом, то увидим, что кварца (самого кислого мине­рала), кроме как в граните и его аналогах, в других породах нет. Содержание темноокрашенных минералов (наиболее основных) возрастает от гранита к габбро, а в группе полевых шпатов пред­ставители сменяются так, что в граните и его аналогах присут­ствует наиболее кислый представитель — ортоклаз, а в габбро, диабазе и базальте — наиболее основный представитель плагиок­лазов — битовнит или анортит. По мере того как мы движемся слева направо, наблюдается уменьшение содержания Si02, дру­гими словами, снижение кислотности пород. Вспоминая сказан­ное в отношении минералов (см. табл. 4.1), можно добавить, что породы, занимающие правую часть табл. 4.2, характеризуются бо­лее высокой плотностью и более темной окраской по сравнению с породами, находящимися в левой части таблицы. С увеличением содержания темноокрашенных минералов возрастает прочность пород.

Интрузивные (глубинные) горные породы (гранит, сиенит, дио­рит и габбро) сходны между собой по своим техническим свой­ствам. Они все обладают большой плотностью, ничтожно малой пористостью и сравнительно высокой механической прочностью.

Гранит (от лат. granum — зерно) состоит из кварца — от 20 до 40 %, ортоклаза (реже — щелочного плагиоклаза) — от 40 до 60 %, слюды или роговой обманки (реже — авгита) — от 5 до 20 %. Структура гранитов преимущественно зернисто-кристаллическая, в некоторых случаях — порфировидная. Примером гранитов с пор­фировидной структурой может служить финляндский гранит ра — пакиви (в переводе — гнилой камень), в котором встречаются вкрапленники ортоклаза размером с куриное яйцо и более. Крас­ные граниты большинства зданий Санкт-Петербурга имеют пор­фировидное строение.

Цвет гранита определяется цветом главной его составной час­ти — ортоклаза. В зависимости от окраски ортоклаза он бывает серым, желтоватым, красноватым (до красного).

Плотность гранита составляет около 2 700 кг/м3 и повышается с увеличением в породе количества темноокрашенных минералов. Временное сопротивление сжатию для гранитов (как и вообще для всех естественных камней) колеблется в очень широком диа­пазоне — от 80 до 330 МПа. Большей прочностью обладают гра­ниты с мелкозернистой структурой. Слюда понижает прочность гранита и препятствует получению хорошей полированной по­верхности, так как легко выкрашивается, оставляя щербины. По­вышение содержания пироксенов или амфиболов, наоборот, яв-

ос

O’

Группа породы	Кислые	Средние	Основные
Содержание Si02, %	Более 65	55…65	Менее 55
Минерало­ гический состав	Кварц	Есть	Нет
Полевые шпаты	Ортоклаз	Плагиоклаз
Кислый	Основный
Темноокрашенные минералы	Мало	-»	Много
Структура	Гранитная или порфировидная (глубинные породы)	Гранит	Сиенит	Диорит	Габбро
Порфировая (излившиеся породы): древние новые	Кварцевый порфир Липарит	Ортоклазовый порфир Трахит	Порфирит Андезит	Диабаз Базальт
Основные свойства	Окраска породы	Светлая	—>	Темная
Плотность, кг/м3	2 600…2 700	2 600…2 800	2 800…3 000	2 900…3 300
Предел прочности при сжатии глубинных пород, МПа	120…260	120…250	150…280	200…500
Предел прочности при сжатии излившихся пород	В плотных разновидностях такой же, как у соответствующих глубинных пород; в пористых — ниже

ляется желательным, так как улучшаются механические свойства и способность гранитов принимать полировку.

Стойкость гранита к выветриванию достаточно высока. Лишь отдельные его представители, к которым относится финляндский гранит рапакиви, разрушаются довольно быстро.

Гранит хорошо сопротивляется истиранию и является ценным материалом для лестничных ступеней, тротуарных плит, «дорож­ной одежды». В глубинных горных породах сопротивление истира­нию повышается с возрастанием количества темноокрашенных минералов. Гранит употребляется в виде штучных камней для фун­даментов зданий, подпорных стенок, устройства набережных, внешней облицовки стен. Крупные глыбы гранита используют для колонн зданий и памятников. Гранит небольших размеров исполь­зуют при устройстве мостовых, а также дробят на щебень. Обра­ботка и отделка магматических горных пород настолько дорога (из-за высокой твердости входящих в них минералов), что они редко применяются при строительстве обычных зданий, а исполь­зуются преимущественно при строительстве особо ответственных сооружений или сооружений, представляющих большую архитек­турную ценность.

Сиенит отличается от гранита отсутствием кварца; состоит из ортоклаза и темноокрашенного минерала (чаще всего — рого­вой обманки).

Применяется сиенит так же, как и гранит, отличаясь от послед­него меньшей твердостью, повышенной вязкостью (особенно при значительном содержании роговой обманки или авгита) и спо­собностью лучше принимать полировку. Сиенит является ценным материалом для мощения дорог и получения щебня.

Диорит состоит в основном из кислого плагиоклаза и рого­вой обманки (реже — из биотита и авгита); плагиоклаз составляет в среднем 75 % породы. Диорит темнее, чем гранит и сиенит, имеет более высокую плотность (2750…3 000 кг/м3) и прочность при сжатии.

Диорит используют как дорожный материал (брусчатка, ще­бень), в виде штучных камней и в качестве декоративного мате­риала (благодаря способности отлично полироваться).

Габбро включает в себя основный плагиоклаз (около 50%) и пироксен (реже — роговую обманку). Цвет в большинстве случа­ев темно-зеленый различных оттенков до черного. Плотность со­ставляет 2 800…3 100 кг/м3, прочность при сжатии в мелкозерни­стых разновидностях — 200…280 МПа, снижаясь в крупнозерни­стых разновидностях до 100 МПа. Габбро тяжело обрабатывается, но хорошо принимает полировку.

Из декоративных разновидностей габбро особого внимания заслуживает лабрадорит — крупнозернистая порода, характеризу­ющаяся преобладанием плагиоклаза лабрадора над другими ми­нералами. Лабрадорит отличается так называемой иризацией (от гр. iris — радужный), т. е. игрой отблесков синего, голубого и зеле­ного цветов.

Эффузивные (излившиеся) горные породы могут не только быть плотными, но и давать сильно пористые разности, образование которых объясняется выделением газов, насыщавших магму при высоком давлении в недрах земли. При выходе на поверхность и понижении давления растворенные газы выделяются наружу и вспенивают магму в процессе ее застывания. Этим излившиеся породы отличаются от глубинных, которые в силу условий их об­разования на глубине не могут иметь пористых разновидностей.

Кварцевый порфир и липарит по химическому и ми­нералогическому составам аналогичны граниту. От гранита они отличаются порфировой структурой. Вкрапленниками в них явля­ются кварц и часто полевой шпат. Стекловатая разность кварцевых порфиров и липаритов называется обсидианом.

Цвет кварцевых порфиров и липаритов — серый, желтоватый, бледно-красный и кирпично-красный. Друг от друга кварцевый порфир и липарит отличаются своим возрастом и свежестью со­ставляющих их минералов. Кварцевые порфиры как древние по­роды подверглись более значительным изменениям и слабее ли­паритов.

Технические свойства кварцевых порфиров и липаритов повы­шаются с уменьшением количества в них вкрапленников. Поэто­му плотные фелъзиты (породы без вкрапленников) принадлежат к лучшим сортам строительного камня; механическая прочность их достигает 280 МПа. Наименее выгодной является стекловатая структура, так как порода в этом случае обладает хрупкостью и легче поддается выветриванию. Все перечисленное относится и к остальным эффузивным породам.

Кварцевые порфиры и липариты используются в качестве штуч­ного камня и в виде декоративного и поделочного материала в том случае, когда они имеют красивый цвет и рисунок.

Орт оклазовый порфир и трахит представляют со­бой излившиеся аналоги сиенита. Они характеризуются повы­шенной пористостью и вследствие этого малой плотностью (2 200… 2 610 кг/м3) и невысокой прочностью при сжатии (в сред­нем 60… 70 МПа). Окраска — серая до зеленовато-серой, желтова­тая и красноватая.

Эти породы легче обрабатываются и истираются, чем описан­ные ранее. Трахит в силу пористого, ячеистого сложения не под­дается полировке, а в силу присущей ему шероховатости хорошо связывается со строительными растворами.

Порфирит и андезит по минералогическому составу аналогичны диориту. Окраска их может быть от светло — до тем­но-серой, причем порфириты характеризуются, как правило, зе — леносатыми тонами. Плотность порфиритов и андезитов состав­ляет 2 560… 2 850 кг/м3; временное сопротивление сжатию —

120.. .240 МПа.

Диабаз и б аз ал ьт аналогичны по минералогическому со­ставу габбро и благодаря обилию в них темноокрашенных мине­ралов характеризуются почти черной окраской и матовым туск­лым видом. Диабаз в виде брусчатки широко применялся раньше для мощения улиц. Механическая прочность диабазов почти все­гда превышает 200 МПа.

Базальт является наиболее тяжелой и наиболее прочной из рас­смотренных излившихся пород, его плотность составляет

2700.. .3 300 кг/м3, а прочность может достигать 500 МПа, что превосходит глубинные породы. Для базальтов характерна высо­кая хрупкость, вследствие чего они легко раскалываются. Базальт хорошо полируется, однако из-за высокой твердости трудно под­дается обработке.

Базальт применяется для ответственных инженерных сооруже­ний. Он является легкоплавкой породой, поэтому используется для получения изделий путем литья. В строительстве используются теплоизоляционные и акустические материалы на основе базаль­товой ваты.

Вулканообломочные породы являются продуктами извержения вулканов. Лавы содержат в себе в растворенном состоянии значи­тельное количество газообразных продуктов, которые или успе­вают выделиться до застывания лавы (плотные лавы), или вспе­нивают ее, придавая ей пористую или пузырчатую структуру.

Помимо потоков жидкой лавы вулканы при извержениях выб­расывают в воздух огромное количество мелких брызг лавы, обра­зующих при остывании в воздухе вулканические песок и пепел. Песок и пепел иногда сохраняются в рыхлом состоянии (пуццо­лана), а иногда подвергаются цементации, превращаясь в более или менее плотные породы, которые называются вулканически­ми туфами. Если к жидкой лаве при вулканических извержениях примешиваются рыхлые продукты вулканической деятельности, то такая порода называется туфовой лавой.

В Армении осуществляются разработки туфовой лавы вулкана Алагез, которая не совсем правильно называется артикским ту­фом. Артикский туф является ценным стеновым материалом, од­нако требует обязательного оштукатуривания стен снаружи.

Артикский туф представляет собой пористую (пористость состав­ляет 57…60%) породу розовато-фиолетового цвета с различными оттенками. Плотность породы в среднем составляет 1 200 кг/м3. Ко­эффициент внутренней теплопроводности артикского туфа в су­хом состоянии в 2 раза меньше, чем красного кирпича, следова­тельно, толщина стены из артикского туфа может быть уменьше­на вдвое по сравнению с кирпичной. Механическая прочность артикского туфа небольшая (в среднем 10,5 МПа), но вполне до­статочная для применения его в стенах зданий. Артикский туф морозостоек, легко обрабатывается и обладает гвоздимостью (при­нимает и удерживает вбиваемые в него гвозди).