Классиф-я и осн. виды природн. каменных мат-ов

Природные каменные материалы и изделия получают путём обработки горных пород.

По способу получения каменные материалы подразделяют на рваный камень (бут) – добывают взрывным способом; грубоколотый камень – получают раскалыванием без обработки; дроблёный – получают дроблением (щебень, искусственный песок); сортированный камень (булыжник, гравий).

Каменные материалы по форме делят на камни неправильной формы (бут, валун, булыж., щеб., грав., пес.) и штучные изделия, имеющие правильную форму (плиты, блоки, профиль.).

Бутовый камень – куски камня неправ. ф-мы (20-40 кг, 150-500 мм, предел пр. при сж. >10МПа) неправильной ф-мы, рваные, пастелистые.

Валунный камень – крупн. (>300мм) обломки ледник. происх. окат. ф-мы.

Булыжник (до 300) мостовые, бутобетонные ф-ты

Щебень – остроугольные куски горных пород размером от 5 до 70 мм, получаемые при механическом или природном дроблении бута (рваный камень) или естественных камней. Его используют в качестве крупного заполнителя для приготовления бетонных смесей, устройства оснований.

Гравий – окатанные куски горных пород размером от 5 до 120 мм, также используется для приготовления искусственных гравийно-щебёночных смесей.

Песок – рыхлая смесь зёрен горных пород размером от 0,14 до 5 мм. Он образуется обычно в результате выветривания горных пород, но может быть получен и искусственным путём – дроблением гравия, щебня, и кусков горных пород.

Плиты и камни прим. для облиц. цоколей, фасадов, полов, набережных.

Профильные дет.: плинтусы, уг­л. дет., дет. граненых и камнелированных об­лицовок, ступени, подоконники и др.

Выс. проч­н-ть, низк. водопогл., сопротивление ударн. и истир. нагрузкам, морозостой­кие, не выветриваются.

М-лы из природного камня будут длительно служить только при условии правильной эксплуатации и защиты камня от коррозии. Разрушение каменных м-лов происходит в рез-те мех. воздействий, атмосф. факторов (выветривание) - под воздействием влаги, ветра, перепада темп-р, в рез-те хим. воздействий (растворяющее действие СО₂, SO₂, H₂O), расшатывающего воздействия на структуру камня разл. микроорганизмов, извлекающих из камня щёлочи и выделя-х кислоты (мхи, лишайники).

Защ. камень от корр. с пом. констру-х и хим. методов.

Констр. методы предусматривают защиту путём устр-ва стропов, придания камню гладкой поверхности.

Хим. методы связаны с созданием водонепроницаемого слоя на поверхности камня или с гидрофобизацией поверхности. Непроницаемый слой создают методами флюотирования (карбонатные породы обрабатывают солями кремнефтористой кислоты - в рез-те образуются нерастворимые соединения CaF₂, MgF₂, SiO₂, к-е, откладываясь в порах, создают непроницаемый слой). Некарбонатные породы подвергают аванфлюотированию (сначала пов-ть камня обрабатывается растворами соды и хлорида кальция, в рез-те реакции образуется CaCO₃, затем обрабатывают флюатом MgSiF₆).

Новейший метод защиты различных материалов, в т. ч. и каменных, разработан японскими специалистами, и закл. в создан. тончайшего защ. слоя из прозр. керамики.

Для придания пов-ти камня водоотталкивающей плёнки её покрывают растворами кремнеорганических жидкостей (ГКЖ-11, ГКЖ-94, ГКЖ-10), спртовыми растворами калийного мыла, растворимым стеклом с хлористым кальцием.

Керамика — собирательное название широкой группы искусствен­ных каменных материалов, получаемых формованием из глиняных смесей с минеральными и органическими добавками с последующей сушкой и обжигом. На древнегреческом языке «керамос» означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины.

Керамика — древнейший строительный материал. Археологами об­наружены остатки зданий и сооружений из керамич. кирпича в Др. Египте III—I тысячелетиями до нашей эры. Кирпич был известен в Др. Индии и Китае. В Др. Греции керамика применялась для кровель и украшения фасадов. Простота технологии и неисчерпаемая сырьевая база для производ­ства керамических изделий самых разнообразных видов предопреде­лили их широкое и повсеместное распространение. Этому способст­вовали также высокая прочность, долговечность и декоративность керамики. И в настоящее время керамика остается одним из основных строительных материалов, применяемых практически во всех конст­руктивных элементах зданий и сооружений.

По назначению керамические изделия делят на следующие виды:

• стеновые (кирпич и керамические камни);

• кровельные (черепица);

• изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, терракотовые
плиты, мозаичные плитки и др.);

• изделия для внутренней облицовки стен;

• плитка для полов;

• санитарно-технические изделия (умывальники, унитазы и трубы);

• специальная керамика (кислотоупорная, огнеупорная, теплоизо­яционная);

• заполнители для легких бетонов (керамзит и аглопорит).

Материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, называют керамическим черепком.

В зависимости от структуры черепка керамические материалы разделяются на две основные группы: пористые и плотные.

Пористыми условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка более 5 % по массе (в среднем 8...20 %). К ним относятся все виды кирпича и стеновых камней, черепица, облицовочные плитки.

Плотными считают изделия, водопоглощение черепка которых менее 5 % (обычно 2...4 %); эти изделия практически водонепроница­емы. К ним. относятся плитки для полов, санитарный фарфор и т. п.

Глины — основной сырьевой компонент керамики — осадочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов — водных алюмосиликатов различного состава (каолинит А1₂О₃•2SiO₂•2Н₂О, монтмориллонит А1₂О₃•4SiO₂•Н₂О и др.). Размер частиц глинистых материалов не превышает 0,005 мм; преобладающая форма частиц - пластинчатая. Благодаря своей гидрофильности и огромной площади поверхности глинистые частицы активно поглощают и удер­живают воду. Глинистые минералы придают глине свойства: пластичность при увлажнении, прочность при высы­хании и способность к спеканию при обжиге.

Кроме глинистых минералов в глине содержатся более крупные частицы: пыль (0,005...0,16 мм) и песок (0,16...5 мм). Они состоят из кварца, карбонатов кальция и магния и других минералов. Эти ком­поненты глин также влияют на ее технологические свойства и качество готовых изделий.

Глины, как сырье для керамики, оценивают комплексом свойств: пластичностью, связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.

1.Пластичность — способность глиняного теста деформироваться под действием внешних механических нагрузок без нарушения сплош­ности и сохранять полученную форму после прекращения воздействий.

Пластичность оценивается количеством воды, необходимой для получения из глины удобоформуемой массы. Высокопластичные глины имеют высокую водопотребность и, как следствие, большую усадку при сушке.

2.Скорость сушки увлажненной глины определяется не скоростью испарения влаги с поверхности отформованного изделия, а скоростью миграции воды внутри глиняной массы от центра к поверхности. Глина, будучи материалом «водонепроницаемым», тормозит продвижение влаги через свою толщу, чем замедляет сушку.

Чем больше в глине частиц глинистых минералов, тем она больше требует воды, больше набухает, но труднее сохнет и дает большую усадку. Такие глины называют «жирными». Глины, содержащие много песчаных частиц, характеризуются небольшой усадкой и набуханием, достаточно легко сушатся, но пластичность, т. е. формовочные свой­ства, у нее пониженная. Такие глины называют «тощими».

Смесь должна хорошо формоваться и легко сушиться.

Смеси с оптимальным соотношением глинистых и песчаных частиц получают, добавляя в жирную глину отощающие добавки. Кроме песка для этих целей используют золы ТЭС, шлаки и другие материалы.

3.Спекаемость — способность глины при обжиге переходить в камневидное состояние, в котором она совершенно не размокает в воде, объясняется следующим. При нагреве до 900... 1200°С в глине после­довательно начинают протекать химические и физико-химические процессы, приводящие к полному и необратимому изменению ее структуры.

Образование прочного черепка происходит за счет эффекта скле­ивания твердых частиц глины образовавшимся расплавом. При этом за счет сил поверхностного натяжения этого расплава происходит уменьшение объема материала, называемое огневой усадкой. В зав-ти от вида глин огневая усадка составляет 2...6 %.

Полной усадкой наз сумму воздушной и огневой усадки; она обычно находится в пределах 6...18 %. Полную усадку необходимо учитывать при формовании сырцовых заготовок для получения изделий с заданными размерами.

Огнеупорность — св-во материалов, в том числе и глин, выдер­живать действие высоких температур без деформаций.

Разл глины требуют опр темпер обжига и соотв изд из них имеют разл огнеупорность. По этому признаку глины делят на легкоплавкие (<1350°), тугоплавкие(1350... 1580°) и огнеупор­ные (>1580°).

Все керамические материалы производится в прин­ципе по однотипной схеме: добыча сырьевых материалов, подготовка сырьевой массы, формование изделий, сушка и обжиг.

Для получения изделий с различной структурой черепка и различной конфигурации применяют разные методы формования: литье, пластическое формование, полусухое и сухое прессование. В зависимости от метода формования производят подготовку сырьевой массы.

Основные изделия строительной керамики — кирпич и керамиче­ские камни, а также некоторые виды керамических плиток, черепицы и труб производят методом пластического формования. Этот метод формования наиболее прост и получил наибольшее распространение.

Производство кирпича методом пластического формования ведется на хорошо проработанной пластичной массе с влажностью 15...25 % из легкоплавких глин средней пластичности, содержащих 40...50 % песка.

Подготовка сырья

Глину увлажняют паром и интенсивно обраба­тывают на бегунах, дезинтеграторах и валках до получения пластичной удобоформуемой массы без крупных каменистых включений. Качество массы и будущих изделий зависит от тщательности про­работки сырьевых компонентов.

Формование кирпича-сырца производят на ленточном прессе, напоминающем мясорубку. Увлажненная и тщательно размятая глиняная масса продавлива­ется винтовым конвейером через решетку в вакуумную камеру, где жгуты глины разбиваются вращающимся ножом для удаления воздуха из глиняной массы. Далее масса винтовым валом подается в конусную головку пресса, где окончательно уплотняется и продав­ливается сквозь формующую часть пресса — мундштук. Мундштук придает глиняной ленте, выходящей из пресса, определенную высоту и ширину. В мундштуке могут быть установлены керны, образующие каналы в выдавливаемой ленте; так получают пустотелый кирпич и трубы.

Глиняная лента нарезается автоматическим устройством на кир­пич-сырец. Размер таких кирпичей несколько больше требуемого, так как в процессе последующей обработки глина дважды (при сушке и при обжиге) претерпевает усадку, достигающую 10... 15 %.

Сушка — важный и сложный этап производства кирпича. Главная трудность сушки массивного кирпича-сырца в том, что в глине перенос влаги затруднен, и поэтому быстрое высыхание глины с поверхности приводит к растрескиванию кирпича-сырца. Ускорить сушку можно, вводя в сырьевую смесь вещества, облег­чающие миграцию влаги к поверхности (например, опилки), или путем формования в кирпиче сквозных отверстий.

При влажности кирпича-сырца 6...8 % его можно подавать на обжиг.

Обжиг. Для обжига используют печи туннельные и щелевые, где кирпич обжигается в процессе продвижения его по печи. Температура обжига зависит от состава сырьевой массы и обычно составляет 950...1000° С. Необходимую температуру обжига следует строго выдерживать.

Полусухой способ производства кирпича отличается от пластическоготем, что глина влажностью 6...7 % измельчается в порошок, из которого на специальных прессах поштучно формуется кирпич-сырец. Такой сырец не требует сушки — его сразу же после формования можно обжигать. Кирпич полусухого прессования более плотный, имеет гладкие грани и значительно меньше дефектов, но менее морозостоек.

Кирпич керамический обыкновенный. Всоответствии с действующи­ми стандартами кирпич выпускают обыкновенный размером 250 х 120 х 65 мм; реже производится утолщенный — 250 х 120 х 88 мм и модуль­ный — 288 х 138 х 65 мм. Поскольку масса одного кирпича не должна превышать 4,3 кг, то утолщенный и модульный кирпичи обычно делают с пустотами; кирпич полусухого прессования также производится с пустотами (но пустоты в нем конические и несквозные).

Приняты следующие названия граней кирпича: большая — постель, боковая длинная — ложок, торцовая — тычок.

Плотность обыкновенного полнотелого керамического кирпича - 1600... 1800 кг/м³; пористость - 28...35 %; водопоглощение - не менее 8%.

Основная характеристика качества кирпича - марка по прочности, определяемая по результатам испытания кирпича на сжатие и изгиб.

Ши­роко применяют в современном строительстве для кладки наружных и внутренних стен зданий, фундаментов, дымовых труб и других конструкций.

Кирпич полусухого прессования нельзя применять для кладки цоколей, фундаментов и наружных стен влажных помещений.