Естественные строительные и облицовочные камни
Реферат
Естественные строительные и облицовочные камни
Строительные камни
Строительные камни представляют обширную группу нерудных полезных ископаемых, занимающих по объемам потребления одно из первых мест в строительном производстве. Являясь инертными материалами, они включают пильные (стеновые) и облицовочные камни и наряду с песками и песчано-гравийными смесями составляют главный комплекс природных строительных материалов, используемых в естественном состоянии без применения термохимической обработки.
Под строительными камнями понимаются скальные горные породы, перерабатываемые на различные материалы (монолиты, блоки, плиты, щебень, песок дробления и др.) механическим путем: дроблением, распиловкой, фракционированием и т.п. В качестве строительных камней используют горные породы разного происхождения: интрузивные, эффузивные, осадочные, метаморфические. Определяющими являются физико-механические свойства, зависящие не только от состава, но и от структуры и текстуры пород. В наибольших количествах применяют карбонатные породы, граниты и сходные с ними горные породы. Реже используют габброиды, базальтоиды, песчаники.
От вида получаемого конечного продукта зависит и способ добычи и обработки камня. Выделяют дроблёный или "рваный" камень и штучный камень. "Рваный" камень получают в результате взрывных работ в карьерах, а штучный - путём распиловки и последующей обработки. В результате получают следующие виды продукции.
Бутовый камень (бут) - камень неправильной формы размером более 140 мм, используется для кладки фундаментов, стен нежилых зданий и других сооружений в качестве заполнителя бутобетона при возведении массивных сооружений (плотины, молы, дамбы и др.), а также для отмосток при дорожном строительстве и других работах.
Штучные камни представляют собой изделия правильной геометрической формы с обработанными поверхностями. Основной вид такой продукции - бортовые камни, предназначаемые для выделения проезжей части дорог, въездов, тротуаров. Брусчатые камни (брусчатка) - весьма долговечный материал для дорожных покрытий.
Прочие виды штучных изделий: архитектурно-отделочные детали, парапеты, ступени, плиты подоконные, цокольные и облицовочные, промышленные каменные изделия (валы, бегуны, жернова) производятся преимущественно на карьерах облицовочных камней и специальных предприятиях. Они широко используются для кладки стен зданий и промышленных сооружений, для облицовки стен (облицовочный камень). Монументально-декоративный камень, как правило, подвергается специальной распиловке, шлифовке, полировке и применяется для сооружения памятников, монументов, специальных постаментов, изготовления декоративных изделий, отделки зданий и др.
Пильные камни - блоки стандартного размера вырезаются дисковыми фрезами непосредственно в массиве горной породы. Представляют они эффективный стеновой материал, используются также для изготовления тонких армированных перегородок, перемычек. Дома из пильного камня отличаются повышенными звуко- и теплоизоляционными свойствами и не требуют ремонта внешних стен.
Щебень - наиболее массовый продукт, его выпуск составляет обычно 85-95% от объема всей товарной продукции. Щебень выпускается разделенным на фракции. Щебень используют:
в качестве основного заполнителя (тяжелого) бетона во всех бетонных и железобетонных строительных конструкциях;
в качестве крупного заполнителя асфальто- (и цементо-) бетона и балластного слоя покрытий автомобильных дорог и аэродромов;
для балластировки железнодорожных путей;
для всякого рода отсыпок, отмосток, планировочных работ.
Инертные строительные материалы, получаемые при переработке строительных камней используют в качестве заполнителей тяжёлых бетонов.
Для легких бетонов используют щебень, полученный из пористых горных пород, а также искусственные пористые материалы, обычно керамзит, реже термолит, металлургические и топливные шлаки и др.
Дробленый песок-отсев используют в качестве заполнителя совместно со щебнем в бетонных (и асфальтобетонных) смесях и самостоятельно в штукатурных и кладочных растворах, а также во всякого рода балластных и планировочных отсыпках. Промышленные требования к естественным строительным материалам чрезвычайно разнообразны, поскольку разнообразны и области их использования, основывающегося на различных физических и технологических свойствах камня.
Наиболее важные свойства - прочность и долговечность. Прочность - это способность камня не нарушать целостности при механических воздействиях, определяемых сжатием, растяжением, изгибом, абразивным износом и др.
Долговечность обусловливает способность камня сохранять прочностные, а для облицовочного и особенно монументного камней также и декоративные характеристики в результате длительного воздействия на породу агентов физического и химического выветривания.
Таблица 1. Долговечность горных пород (в годах)
ПородаНачало разрушенияУгрожающее состояниеОкончательное разрушениеКварциты Граниты, лабрадориты и др. Мраморы650 220-350 20 - 130> 1460 220-1070 33-400- >1625 100 - 1200
Минеральный состав в первую очередь предопределяет долговечность строительного камня. Из породообразующих минералов магматических горных пород наиболее стойким к химическому и механическому разрушению является кварц. Поэтому такие породы, как кварциты, - наиболее устойчивы и долговечны. (Табл.3)
Полевые шпаты менее устойчивы, они подвергаются разложению в процессе выветривания, что снижает прочностные характеристики породы и ее долговечность. Но в свежем, невыветренном виде кварц-полевошпатовые породы (граниты, сиениты, диориты и др.) относятся к высокопрочностным и долговечным.
Темноцветные минералы (пироксены, амфиболы) и нефелин в свежем виде обладают высокой механической прочностью, но под действием колебаний температуры и окисления эти минералы со временем разлагаются, порода, состоящая из них, теряет прочностные свойства.
Еще более сказывается на долговечности породы присутствие в ней слюды - мусковита и биотита. В процессе морозного выветривания минералы расслаиваются, а порода становится трещиноватой, менее прочной.
Карбонатные породы - известняки, доломиты и мраморы, несмотря на невысокое сопротивление карбонатных минералов абразивному износу, характеризуются относительно высокой прочностью на сжатие и представляют собой прекрасный строительный камень, идущий как для внутренней, так и для наружной отделки строений.
Важным обстоятельством в оценке прочностных характеристик строительного камня являются текстурно-структурные особенности горной породы. Так, породы с массивной текстурой в целом более долговечны по сравнению с аналогичными по минеральному составу породами с полосчатой или сланцеватой текстурами. Крупнозернистые породы менее устойчивы по сравнению с мелко- и тонкозернистыми.
На прочностные характеристики строительного камня большое влияние оказывает трещиноватость. Различают микро - и макротрещиноватость. Сильно трещиноватые породы наблюдаются в зоне тектонических деформаций; они характеризуются пониженной по сравнению с нетрещиноватыми породами прочностью. Макротрещиноватость выражается наличием в породе хорошо различимых трещин отдельности и кливажа. От их расположения зависит размер наиболее крупных монолитных кусков породы.
Окончательно оценивается горная порода как строительный камень по результатам лабораторных испытаний. Для всех пород устанавливаются объемная масса и плотность, пористость, водопоглощение, морозоустойчивость, прочность на сжатие, растяжение и изгиб, абразивная истираемость, вязкость и др.
Способность камня впитывать воду в атмосферных условиях называется водопоглощением. Строительные камни с малой величиной водопоглощения устойчивы к выветриванию,, в то время как породы с высокой водопоглотительной способностью (более 5%) недолговечны.
О морозостойкости породы свидетельствует значение коэффициента морозоустойчивости, который показывает, насколько прочность строительного камня во влажном состоянии снижается после цикличного (15-25 раз) замораживания и оттаивания по сравнению с прочностью в сухом состоянии. Чем ниже пористость, тем выше долговечность и морозостойкость камня. Предел прочности на сжатие - исключительно важная характеристика строительного камня, регламентируемая ГОСТами для различных видов строительных работ.
Для строительных материалов, используемых для дорожного покрытия, лестничных маршей, тротуаров, устанавливают абразивную истираемость.
В зависимости от применения камня дополнительно изучают такие его свойства, как обрабатываемость, вязкость, огнеупорность, полируемость, устойчивость окраски и др.
Промышленные требования к качеству строительного камня чрезвычайно разнообразны; они зависят от назначения камня и регламентируются соответствующими ГОСТами. Так бутовый камень, камень для дорожного покрытия, для гидротехнических сооружений должны обладать высокой прочностью на сжатие. Иным требованиям должен удовлетворять стеновой камень (туфы, ракушняки); для этих целей применимы горные породы с низкой объемной массой и достаточно высокой общей пористостью. Такие породы характеризуются высокими теплоизоляционными свойствами. Кроме того, стеновой камень должен легко распиливаться и обрабатываться на блоки и плиты требуемых размеров, а также выдерживать без повреждений не менее 10-15 замораживаний
Генетические типы промышленных месторождений
По происхождению выделяют магматические, осадочные и метаморфогенные месторождения строительного камня. (Табл.2).
Магматические месторождения представлены интрузивными массивами и покровами, потоками, экструзивными телами вулканических излившихся продуктов и их пирокластических аналогов, сложенных разнообразными породами (граниты, сиениты, диориты, габбро, диабазы, базальты, андезиты, липариты, туфы и т.п.) освоенных районах и могли отрабатываться карьерами. Эти месторождения разнообразны по возрасту горных пород и приурочены к горно-складчатым геосинклинальным областям и выступам древних кристаллических массивов. На долю магматических месторождений приходится большая часть добываемого строительного камня. Причем производство штучного и особенно монументного камня в основном связано с этими месторождениями.
Осадочные месторождения строительного камня образованы пластовыми залежами литифицированных обломочных (песчаники, конгломераты) и органогенно-химических (ракушечники, известняки, доломиты и др.) пород палеозойского (Прибалтика, центр европейской части СССР, Урал, Казахстан) и мезо
Таблица 2. Промышленные типы месторождений строительных камней.
Магматические месторождения представлены интрузивными массивами и покровами, потоками, экструзивными телами вулканических излившихся продуктов и их пирокластических аналогов, сложенных разнообразными породами (граниты, сиениты, диориты, габбро, диабазы, базальты, андезиты, липариты, туфы и т.п.) освоенных районах и могли отрабатываться карьерами. Эти месторождения разнообразны по возрасту горных пород и приурочены к горно-складчатым геосинклинальным областям и выступам древних кристаллических массивов. На долю магматических месторождений приходится большая часть добываемого строительного камня. Причем производство штучного и особенно монументного камня в основном связано с этими месторождениями.
Осадочные месторождения строительного камня образованы пластовыми залежами литифицированных обломочных (песчаники, конгломераты) и органогенно-химических (ракушечники, известняки, доломиты и др.) пород палеозойского (Прибалтика, центр европейской части СССР, Урал, Казахстан) и мезо-кайнозойского (юг Украины, Кавказ) возраста. Разрабатываются осадочные месторождения в основном для получения щебня и бута, в меньшей степени для стенового и облицовочного камня. Так как эти месторождения расположены в экономически наиболее развитых районах страны, где существует дефицит магматогенного строительного камня, они интенсивно эксплуатируются и дают около трети всей продукции.
Метаморфогенные месторождения представлены преимущественно пластообразными залежами мраморов, кварцитов, гнейсов, амфиболитов среди докембрийских кристаллических (Украина, Карело-Кольский регион), палеозойских (Урал, Казахстан,) и мезозойских (Кавказ) пород. Главное значение имеет отработка месторождений мраморов, использующихся для самых различных строительных целей.
На территории России учтено более 1000 месторождений строительных камней с запасами по промышленным категориям порядка 20 млрд м3. Разрабатывается более 500 месторождений. Ежегодно добывают около 100 млн м3 строительных камней.
Запасы пильных известняков в России составляют примерно 110 млн м3. В год их добывают более 100 тыс. м3.
На территории России учтено более 1000 месторождений строительных камней с запасами по промышленным категориям порядка 20 млрд м3. Разрабатывается более 500 месторождений. Ежегодно добывают около 100 млн м3 строительных камней.
Запасы пильных известняков в России составляют примерно 110 млн м3. В год их добывают более 100 тыс. м3.
Облицовочные камни
Природные облицовочные камни представляют специфическую группу строительных материалов, промышленная ценность которых определяется прежде всего их декоративными свойствами. Наряду с этим важным свойством облицовочных камней является механическая прочность, способность принимать различные виды обработки поверхности и сопротивляемость атмосферным воздействиям - погодоустойчивость.
В качестве облицовочных камней используются горные породы различного происхождения: интрузивные - граниты, сиениты, диориты, габбронориты, лабрадориты; эффузивные - базальты, диабазы, андезиты, порфиры, порфириты, вулканические туфы; метаморфические - мраморы, кварциты; осадочные - известняки, доломиты, травертины, гипсы, песчаники, конгломераты и брекчии. Наиболее широко используются граниты и мраморы.
Не менее важным фактором для оценки таких пород как граниты, габбро, сиениты, лабродориты является способность раскалываться в заданном направлении под ударным напряжением. Выход блоков из горной массы зависит от системы трещиноватости массива и способов добычи блоков. Благоприятная система трещиноватости на месторождении гранита Возрождение (Ленинградская область, РСФСР) позволяет добывать монолиты длиной 10м и более, что даёт возможность использовать их для производства валов размерами 8-10м.
К декоративным свойствам камня относятся:
) цвет (окраска) горной породы;
) наличие рисунка;
) структурно-текстурные особенности. В частности, для статуарного мрамора крайне важны его однородность и способность просвечиваться на глубину 1-3 см.
Декоративные свойства облицовочного камня усиливают архитектурную выразительность интерьеров, а иногда и сооружения в целом. Мавзолей В.И. Ленина облицован красным гранитом (Лезниковское месторождение), черным габбро (Слипчицкое месторождение) и лабрадоритами (Головинское и Турчинское месторождения).
Облицовочные камни используют следующим образом:
Основное назначение - облицовка поверхностей строительных конструкций плитами для защиты их от разрушения в процессе эксплуатации и придание им декоративности;
блочный камень - для кладки цокольных поясов зданий, стенок набережных, устоев мостов и других сооружений;
монолитные крупноразмерные блоки - для колонн, скульптурных композиций, мемориальных и других сооружений, а также дефибрерные валы для целлюлозно-бумажного производства;
мраморный щебень и крошка - как декоративный наполнитель различных мозаичных изделий, отделочных деталей, наружной штукатурки;
художественно-поделочные изделия, скульптуры, памятники;
В России крупным районом добычи магматических и метаморфических пород высокого качества является Балтийский щит (Кольский полуостров, Карелия): граниты разных расцветок и рисунков используемые в качестве облицовочного и монументального камня. В Карело-Кольском регионе, включающем северную часть Ленинградской области, эксплуатируются месторождения изверженных и метаморфических пород. Граниты в окрестностях городов Выборга и Питерлакса характеризуются очень крупной отдельностью, обусловленной редкой трещиноватостью гранитного массива. Это обеспечивает возможность добычи крупных монолитов. Высота колонн Исаакиевского собора в Ленинграде, сделанных из этого гранита, 17 м, Александровской колонны, воздвигнутой в ознаменование победы над Наполеоном, 26,6 м.
Общепризнана архитектурно-декоративная ценность монументного и облицовочного камня многих месторождений, представленных разнообразными по текстурно-структурным признакам и рисункам гранитами, сиенитами, монцонитами, габброноритами и другими породами. Исключительными свойствами обладают малиново-красные кварциты Шокшинского месторождения, использовавшиеся при сооружении Мавзолея В.И. Ленина. Другим крупным районом является Урал. Облицовочные и монументные камни Урала (граниты яшмы, мрамор) широко использованы при облицовке станций метрополитенов в Москве, Ленинграде и других городах (месторождения Мраморское, Уфалейское, Нижне-Тагильское и Др.). Многочисленные месторождения магматических и метаморфических пород известны на Алтае, Саянах, Забайкалье, Приморском крае (граниты, базальты, габбро-диабазы, туфы).
Ведущей страной мира в области производства и применения облицовочных материалов и изделий является Италия, которая значительную часть мрамора экспортирует в разные страны. Разработки крупнейших месторождений белого "статуарного" мрамора Карраре имеют тысячелетнюю историю. На мировом рынке пользуются популярностью белый мрамор, кремовый, красный, зелёный и др. Месторождения редких сортов чёрных мраморов находятся в Бельгии и Франции.
В России учтено 146 месторождений облицовочных камней с запасами по промышленным категориям 536 млн м3. Из них разрабатывается около 40 месторождений с годовым объемом добычи 500-600 тыс. м3. В остальных странах СНГ учтено около 300 месторождений с запасами около 900 млн м3. На 165 разрабатываемых месторождениях добывают 3,5 млн м3 облицовочных камней ежегодно.
естественный строительный облицовочный камень
Литература
1. Арыков В.Ф. Горное дело и буровзрывоопасные работы; ЛКИ - Москва, 2001. - 332 c.
. Мамин-Сибиряк Д. Горное гнездо; Издательство Иркутского университета - Москва, 1984. - 304 c.
. Мамин-Сибиряк Д.Н. Горное гнездо; Читинское книжное издательство - Москва, 1989. - 272 c.
. Мамин-Сибиряк Д.Н. Горное гнездо; Коми книжное издательство - Москва, 1987. - 304 c.
. Певзнер, М.Е. и др. Горное дело и охрана окружающей среды; М.: Московский государственный горный университет; Издание 3-е, стер. - Москва, 2001. - 300 c.