Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за 12.09.2015

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).

4.1. Основные понятия. Минералы и горные породы

Земная кора состоит из горных пород, которые, в свою оче­редь, сложены из минералов.

Минералы характеризуются тремя признаками:

1) они однородны по химическому составу и физическим свой­ствам;

2) они являются продуктами природных физико-химических процессов;

3) они имеют твердое агрегатное состояние.

Свойства минералов являются как диагностическими призна­ками, так и характеризуют техническое качество камня.

Цвет минералов очень изменчив. Тем не менее, минералы под­разделяются на светлые (кварц, полевые шпаты) и темные (оли­вин, пироксены и амфиболы).

Блеск минералов может быть металлическим (пирит), стек­лянным (кварц), перламутровым (мусковит), шелковистым (во­локнистый гипс), жирным (тальк) и др.

Излом — характер поверхности раскола минерала. Различают раковистый (кварц), землистый (мел), зернистый (мрамор), крюч­коватый и занозистый изломы.

Спайность — это способность некоторых минералов раска­лываться при ударе по определенным направлениям и давать на поверхности раскола гладкие плоскости, называемые плоскостя­ми спайности. Различают спайность:

1) весьма совершенную (у слюды), когда минерал расщепля­ется на тонкие пленки,

2) совершенную (у полевых шпатов, кальцита), когда осколки ограничены правильными плоскостями;

3) несовершенную (у кварца), когда при раскалывании полу­чаются неровные поверхности. Спайность может проявляться по одному направлению (слюда), по двум направлениям (полевые шпаты) и по трем направлением (кальцит, каменная соль).

Твердость — способность минерала оказывать сопротивле­ние царапающему действию другого тела. Для характеристики ми­нералов используется относительная шкала твердости Мооса, на которой 10 минералов (тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд и алмаз) расположены в порядке

увеличения твердости: от самого мягкого минерала (талька) до самого твердого минерала (алмаза) (см. табл. 2.3). Каждый мине­рал шкалы царапает все предыдущие, а сам царапается всеми последующими.

Выветриваемость — это подверженность минералов (и гор­ных пород) разрушению под действием атмосферных факторов (газов, воды, смены температур, растительных и животных орга­низмов).

Горные породы — это крупные природные образования, состо­ящие из одного (мономинеральные породы) или нескольких (по- лиминеральные породы) минералов. В отличие от минерала поро­да характеризуется значительным простиранием (площадью в пла­не) и мощностью (толщиной пласты по глубине), а также строе­нием и формой залегания.

Согласно генетической (генезис — происхождение) классифи­кации все горные породы подразделяются на три группы:

1) магматические, или изверженные, (первичные) горные по­роды;

2) осадочные (вторичные) горные породы;

3) метаморфические горные породы (кристаллические сланцы).

При приемке на строительстве древесных материалов, изделий и конструкций проверяют соответствие их качества (наличие по­роков, размеры, влажность и др.) требованиям соответствующих стандартов и технических условий.

Хранят материалы с учетом их влажности, не допуская их ув­лажнения и поражения грибами. Бревна и пиломатериалы с влаж­ностью более 25 % хранят в штабелях под навесом, обеспечиваю­щих воздушную сушку (см. подразд. 3.6). При влажности пиломате­риалов менее 25 % их хранят в крытых штабелях с плотной уклад­кой. Под штабель устраивают ровное основание, создающее под ним свободное пространство. Вся растительность под штабелем и вокруг него уничтожается. Каждый ряд материалов в штабеле от­деляют друг от друга прокладками. Иногда при хранении и транс­портировании бревен во избежание появления трещин на торцах, через которые влага испаряется быстрее всего, их закрашивают специальными составами, что снижает скорость удаления влаги через торец. Детали, погонажные изделия и паркет хранят в зак­рытых складах на подкладках, предохраняющих их от искривле­ния и контакта с основанием.

Транспортирование древесных материалов на короткие рассто­яния осуществляют автотранспортом, а на дальние расстояния — по железной дороге. Лес также сплавляют по рекам и озерам. При длительных перевозках материалы укрывают полимерной плен­кой, защищая их от увлажнения или пересыхания. Дверные, окон­ные блоки и другие конструкции закрепляют при перевозке с помощью специальных приспособлений, установленных в кузове или на платформе.

Круглые лесоматериалы подразделяются по толщине на мелкие (диаметром 8… 13 см); средние (диаметром 14…24 см); крупные (диаметром 26 см и более). Сорт круглых лесоматериалов устанав­ливают в зависимости от толщины и наличия пороков древесины.

Пиломатериалы, получаемые при продольном распиливании бревен, представлены на рис. 3.21.

Пласть доски или бруска, обращенная к сердцевине, называ­ется внутренней, а обращенная к коре — наружной. По месту по­ложения в бревне различают середовые (содержащие сердцеви­ну), центральные (примыкающие с двух сторон к диаметральной плоскости) и боковые доски и горбыль (см. рис. 3.18).

Строганые пиломатериалы перед строганием высушивают. Стро­ганые доски (рис. 3.22) могут быть пазованными и фальцованны­ми. Нередко гребень заменяют вставной рейкой. В этом случае пазы выбирают на обеих кромках доски.

Рис. 3.21. Пиломатериалы:

а — пластина; б — четвертина; в — брус двухкантный; г — брус трехкантный; д — брус четырехкантный; е — доска необрезная; ж — доска обрезная с тупым обзо­лом; з — доска обрезная с острым обзолом; и — доска обрезная; к — ванчес; л — брусок; м — обапол горбыльный; н — обапол дощатый; о — шпала необрезная;

п — шпала обрезная

Вагонка служит для обшивки железнодорожных вагонов. Ее применяют также и в гражданском строительстве. Рустик служит для обшивки стен. Профиль его сложнее профиля вагонки.

Рис. 3.22. Строганые доски: а — пазогребневая; б — фальцован; в — вагонка; г — рустик

Погонажные изделия (рис. 3.23) имеют заданный профиль сече­ния и длину, ограниченную в основном условиями транспорти­рования. К погонажным материалам относятся наличники, плин­туса, галтели, раскладки, бруски, штапик, фигурные рейки, по­ручни для перил, доски для чистового пола.

Наличники применяют для окантовки дверных и оконных про­емов. Плинтуса и галтели служат для оформления угловых стыков между полом и стенами, стенами и потолком. Раскладки закрыва­ют стыки листов облицовочного материала.

Изделия для паркетных полов можно подразделить на паркетные плашки, штучный и наборный паркет, паркетные доски и щиты.

Паркетные плашки изготавливают в основном из древе­сины твердых лиственных пород: дуба, бука, березы, ясеня, кле­на, береста (карагача), вяза, ильма, граба, каштана, вишни, бе­лой акации, гледичии, красного дерева и др.

Штучный паркет состоит из отдельных строганых пла­шек с пазами и гребнями на всех четырех кромках.

Наборный паркет выпускается в виде набора плашек, подобранных по цвету и текстуре. Взаимное расположение пла­шек должно быть сохранено при укладке, поэтому их скрепляют либо листом крафт-бумаги, наклеенным на набор с лицевой сто­роны, либо листом специального подкладочного материала (из пенополиэтилена, пробки и т. д.), наклеенного снизу. После на­стилки паркета бумагу вместе с клеем удаляют. Подкладочный материал остается под настилом и служит амортизатором, утеп­лителем и звукоизолятором.

Паркетные доски состоят из основания в форме пазо­гребневой доски и наклеенных на него паркетных плашек. Осно­вание чаще всего делается клееным из строганых брусков или планок, которые могут располагаться как вдоль, так и поперек доски. Длина паркетных досок обычно не превышает 3 м, шири­на — 200 мм. Настилка пола паркетными досками менее трудоем­ка, чем укладка штучного и наборного паркета. При этом каче­ство настила получается более высоким.

Паркетные щиты, так же как и паркетные доски, состоят из деревянного основания и лицевого покрытия из паркетных пла­шек. Отличие их от паркетной доски заключается в конструкции и форме (обычно квадратной) основания. Основание паркетных щитов состоит из рамочной обвязки и брусков заполнения. Со­единение щитов между собой может быть пазогребневым или шпоночным (посредством шпонок, вкладываемых в пазы на всех кромках щита). Размеры паркетных щитов обычно не превышают 800×800 мм.

Строганый шпон — эго тонкие (толщиной не более 1 мм) лис­ты древесины лиственных или хвойных пород, полученные стро­ганием бруса или ванчеса на специальных станках. Шпон пред­назначен для фанерования (облицовки) изделий из деловой дре­весины. По текстуре строганый шпон подразделяют на радиаль­ный, полурадиальный, тангентальный и тангентально-торцовый (из наростов).

Лущеный шпон (рис. 3.24) получают лущением чураков (частей кряжа — отрезка ствола длиной менее 4 м) на лущильных станках. Чураки перед лущением проваривают в воде. С вращающегося в станке чурака равномерно перемещающийся суппорт с ножом срезает (лущит) длинную непрерывную ленту шпона толщиной от 0,55 до 1,50 мм.

Лущеный шпон используют для изготовления фанеры, гнутых заготовок и облицовки столярных изделий. В целях обогащения текстуры применяют коническое лущение, при котором чурак в лущильном станке зажимают под углом к продольной оси. При­меняется также лущение древесины ножом с волнистым лезвием. Получаемый влажный волнистый шпон распрямляют между го­рячими плитами под давлением.

Фанера — листовой материал, получаемый склеиванием под давлением нескольких листов лущеного шпона. Волокна в смеж­ных слоях фанеры должны быть взаимно-перпендикулярны. Кромки готовой фанеры обрезают по всем четырем сторонам. По числу слоев различают трех-, пяти — и многослойную фанеру. Фанера легко гнется, мало подвержена короблению и растрескиванию. Она счи­тается изготовленной из той породы древесины, из которой изго­товлен ее наружный слой. Длина листа фанеры принимается в направлении волокон наружного слоя. Фанеру называют продоль­ной, если длина листа (1 220…2440 мм) больше ширины листа

Рис. 3.23. Погонажные изделия: а — наличники; б — галтель; в — плинтуса; г — раскладка простая; д — расклад­ка для внутренних углов; е — раскладка для наружных углов

Рис. 3.24. Схема лущения шпона:

/ — чурак; 2 — нож; 3 — шпон; 4 —
прижим

(725… 1 525 мм), и поперечной, если длина листа меньше шири­ны листа. Фанера бывает шли­фованной (с одной или двух сто­рон).

Облицованная фанера имеет один или оба наружных слоя из строганого шпона цен­ных пород. В соответствии с этим

она называется односторонней или двухсторонней. По текстуре лицевого слоя различают радиальную, полурадиальную и танген­тальную фанеру.

Декоративная фанера выполняется из лущеного шпона с полимерным пленочным покрытием и применением декора­тивной бумаги или без нее. Фанеру с наложенной меламинофор — мальдегидной или мочевиномеламиноформальдегидной пленкой опрессовывают полированными стальными прокладками, в ре­зультате чего получается глянцевая плотная поверхность с повы­шенной водостойкостью.

Бакелитовая фанера состоит из нечетного числа слоев лущеного березового шпона, склеенных между собой при взаим­но-перпендикулярном расположении волокон в смежных слоях фенолоформальдегидной смолой (бакелитом). Эта фанера облада­ет повышенной водостойкостью, атмосферостойкостью и проч­ностью.

Столярные плиты состоят из реечного щита, оклеенного с обе­их сторон шпоном в один или два слоя. Плиты могут быть облицо­ваны с одной или двух сторон строганым шпоном, который шли­фуют или оставляют нешлифованным.

Древесно-волокнистые плиты (ДВП) изготавливают из измель­ченной древесины и специальных добавок. Отходы деревообраба­тывающих производств сначала подвергают дроблению в щепу, а затем проваривают в 1 — 2%-м растворе едкого натра, промывают горячей водой и измельчают до волокон на дефибрерных маши­нах или молотковой дробилке. Прессуют плиты при температуре 150… 165 °С под давлением от 1 до 5 МПа. Древесные волокна под действием высокого давления и высокой температуры спрессовы­ваются в твердую массу. Основным связующим элементом в пли­тах является лигнин, который выделяется из древесины при на­гревании. В зависимости от давления получают плиты различной твердости и плотности — от 250 до 950 кг/м3. При получении сверх­

твердых плит добавляют связующее (синтетические смолы). Мяг­кие плиты используют в качестве теплоизоляции. Тонколистовой твердый материал — оргалит — применяют при устройстве полов и перегородок, обшивке стен и потолков.

Плиты МДФ (MDF — Medium Density Fiberboard) являются зарубежным аналогом ДВП. Плиты МДФ обладают повышенной экологической чистотой и применяются при изготовлении кухон­ной мебели и для отделки помещений.

Древесно-стружечные плиты, так же как и древесно-волокнис­тые, изготавливают из отходов обработки древесины, но кроме этого применяют специальную плоскую стружку, получаемую из кругляков неделовой здоровой древесины на специальных стру­жечных станках. Древесный наполнитель перемешивают вместе с синтетическим связующим в количестве 6… 12 % от массы струж­ки. Плиты подвергают предварительному уплотнению на прессе в холодном состоянии. Отверждение связующего происходит в прессе горячего прессования при температуре 135… 140°С и давлении 0,5… 2 МПа, в зависимости от которого получается заданная плот­ность плиты.

Поверхности плит могут быть шлифованными. При изготовле­нии трехслойных плит для верхних слоев применяют специаль­ную плоскую стружку, а для среднего слоя — стружку от станка и

дробленку.

Кроме древесно-стружечных плит плоского прессования с го­ризонтальным расположением во-

1 локон выпускаются экструзионные плиты с вертикальным их распо­ложением (перпендикулярным пласти). Эти плиты бывают сплош-

2 ными и многопустотными с кана­лами круглого сечения. Их обли­цовывают бумагой, шпоном, шли­фуют поверхности.

Древесно-стружечные плиты

3 используют для изготовления дверных полотен и встроенной мебели, обшивки стен и потолков, настила полов, устройства перего­родок.

Рис. 3.25. Полый оклеенный щит:

1 — бруски рамки; 2 — средник; 3 — фа-
нера

Щиты из массива (дощатые) склеивают из досок (делянок) шириной не более 100 мм, подбирая их так, чтобы годовые слои в смежных делянках имели встречное или перпендикулярное на­правление. Это уменьшает коробление щитов, но не исключает его.

Оклеенные щиты подразделяются на пустотелые и с заполне­нием. Полый оклеенный щит (рис. 3.25) состоит из рамки / со средниками 2 и наклеенной на нее с обеих сторон фанеры 3. Ос­новное его достоинство — небольшая масса.

В оклеенных щитах с заполнением пространство внутри рамки заполняют брусками или рейками. Они могут быть либо подогна­ны и склеены между собой, либо собраны в решетку, либо уло­жены без подгонки и склеивания. Могут быть использованы и дру­гие заполнители.

Горение является процессом окисления углерода, водорода и их соединений, протекающим с выделением большого количе­ства теплоты и поддержанием температуры, необходимой для го­рения. Наиболее высокая температура развивается в пламени, ко­торое возникает при горении газообразных продуктов термиче­ского разложения (пиролиза) древесины. Процесс горения само- обусловлен. Чтобы его исключить, нужно либо устранить контакт древесины с кислородом воздуха, либо предотвратить нагревание древесины до температуры воспламенения.

Вспучивающиеся покрытия в условиях возгорания образуют тол­стый угольный слой, теплопроводность которого в 5 — 10 раз ниже теплопроводности древесины. В результате задерживается повы­шение температуры древесины. В состав вспучивающихся покры­тий входят полиолы (крахмал, декстрин, пентаэритрит, сорбит, резорцин), антипирены-кислотообразователи (фосфаты аммония), газообразователи и пластификаторы (органические амины и ами­ды), стабилизаторы (аэросил, перлит), пленкообразователи (кар­бамидные, алкидные и фенольные связующие) и другие компо­ненты. В настоящее время в России применяются вспучивающиеся огнезащитные покрытия МПВО, ОФПМ-12, СГК-1, «Антигор», НОН-ФАЙЭ, «Пиропласт-ЗОД» (Финляндия) и др.

Невспучивающиеся трудногорючие покрытия (органосиликатные покрытия, композиции на основе жидкого стекла, алюмохром- фосфатов и др.) образуют газонепроницаемый слой, который преграждает доступ воздуха и затрудняет выход летучих продуктов. Для достижения теплоизолирующего эффекта эти покрытия на­носят более толстым слоем, чем вспучивающиеся. Их особеннос­тью является высокая адгезия к древесине. К трудногорючим по­крытиям относятся ЭСМА, Тепох-1000, «Файрекс-200», ОВПФ-1, ПО-СК, PYRO-TECH LS, ОЗП-1, ОПВ-1, а также огнезащит­ные лаки PV-2, СФ-1, ЩИТ-1, ПИРОПЛАСТ HW, ФОСФО — ВЯЗ-1, ОЗЛ-1, ОЗЛ-СК и огнезащитные краски ОЗК-Д-1, HENSOTHERM 2КС, Non-Fire-380-S, S1GNUTECT-H BUNT, «Барриер 87».

Антипирены в отличие от покрытий действуют по трем направ­лениям:

1) изменяют механизм пиролиза с помощью каталитической дегидратации полисахаридов, что приводит к уменьшению выхо­да горючих продуктов;

2) замедляют (галогенорганические антипирены) пламенное горение в результате того, что образующиеся галогеноводороды понижают активность горючих продуктов в газовой фазе и скорость их окисления становится меньше скорости выделения. В результате возникает эффект задувания и пламенное горение прекращается;

3) при терморазложении антипиренов образуются пары воды и не поддерживающие горение газы (NH3, HBr, НС1, S02, С02, N2), которые, разбавляя газовую среду, снижают концентрацию как горючих продуктов, так и кислорода, необходимого для их горения (эффект самозатухания).

Для огнезащиты древесных материалов используют преимуще­ственно многокомпонентные составы, которые приготавливают перед использованием. Для поверхностной обработки древесины используются составы МС, ТП и ПП. Для глубокой пропитки древе­сины рекомендованы составы САИ, МС-02, ВАНН-1, КЛОД-01, а также «Феникс-ПП».

Неорганические антипирены представляют собой натриевые, аммонийные, сурьмяные, цинковые, алюминиевые соли фосфор­ной, ортофосфорной, серной, соляной, борной кислот, сами кислоты и другие соединения. Особенно эффективен (NH4)2HP04, который входит в ряд огнезащитных составов (СД-11, МС), а также используется в качестве самостоятельного огнезащитного средства.

Органические антипирены в качестве рабочих элементов содер­жат фосфор, галогены и азот. К ним относятся хлорпарафины, соединения трех — и пятивалентного фосфора, фосфазены, орга­нические амины и амиды с основными свойствами. В огнезащит­ных составах применяются также моно-, ди — и триэтаноламины, этилендиамин, производные карбамида.

Огнебиозащитные составы предотвращают загнивание древесины и делают ее трудновоспламеняемой. К таким составам относятся пре­параты на основе Na2B407, H3B03, Na2C03, (NH4)2C03, NH4C1, (NH4)2HP04, NH2CONH2, NH4H3P207, NaH4P307, (NH4)2S04 и др.

Аддукты — огнезащитные средства, предназначенные для ис­пользования в условиях горячего прессования древесно-плитных материалов, когда обычные антипирены не могут применяться в связи с высокими температурами. Аддукты, являясь смесью про­межуточных олигомеров, участвуют в процессах отверждения свя­зующего и образования структуры древесно-плитных материалов.

Технология огнезащитной обработки материала включает в себя подготовку рабочего раствора, нанесение его на материал (или пропитку материала) и сушку. Пропитка бывает поверхностная (на глубину до 1 …5 мм), осуществляемая нанесением раствора на поверхность кистью или пульверизатором, и глубокая, осуществ­ляемая погружением материала в раствор. Методы пропитки ана­логичны тем, которые применяются для антисептиков.