План Общие сведения и классификация Породообразующие минералы. Магматические горные породы Осадочные горные породы. Метаморфические горные породы Добыча и обработка природного камня Материалы и изделия из природного камня Способы защиты природных каменных материалов от разрушения
ДСТУ ЕN 12371:2007 Методи випробування природного каменю. Визначення морозостійкості ДСТУ Б ЕN 13755:2007 Методи випробування природного каменю. Визначення водопоглинання при атмосферному тиску ДСТУ Б ЕN 1469:2007 Облицювальні плити. ДСТУ Б ЕN 1468:2007 Плити необроблені. ДСТУ Б ЕN 1467:2007 Блоки необроблені. ДСТУ Б ЕN 1343:2007 Бордюри з природного каменю для мостіння вулиць. ДСТУ Б ЕN 13373:2007 Методи випробування природного каменю. Визначення геометричних характеристик виробів ДСТУ Б ЕN 12058:2007 Плити для підлоги і сходів. ДСТУ Б ЕN 12057:2007 Вироби з природного каменю. Модульні плитки. ДСТУ Б ЕN 1342:2007 Брущатка із природного каменю для мостіння вулиць. ДСТУ Б ЕN 1341:2007 Плити з природного каменю для мостіння вулиць. ДСТУ Б. В.2.7-59-97 Блоки з природного каменю для виробництва облицювальних виробів ДСТУ Б. В.2.7-37-95 Плити та вироби з природного каменю ДСТУ 3306-96 Устаткування каменевидобувне та каменеобробне. Терміни та визначення ДСТУ Б А.1.1-20-94 ССНБ Крейда природна, мука вапнякова і доломітова. Терміни і визначення
Природными каменными материалами называют материалы и изделия, получаемые механической обработкой (дроблением, раскалыванием, распиливанием и т.д.) горных пород с сохранением их физико-механических и технологических свойств. Горные породы – это природный каменный агрегат определенного состава и строения, являющийся продуктом геологических процессов и образующий в земной коре самостоятельные тела. Все горные породы состоят их минеральных масс Минералы - (от лат. minera - руда) – природное тело, однородное по химическому составу, строению и свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов на поверхности и в глубинах земли. В земной коре присутствуют все химические элементы, например: О – до 47%; Si – до 26%; Al – 8%; Fe – 5%; ∑Ca, Mg, Na і K меньше 11% от общей массы горнах пород. Другие элементы около 3%. В чистом виде химические элементы встречаются очень редко – в основном в виде соединений. Это и есть минералы. Большинство минералов – твердые тела: кристаллические и аморфные. Иногда – в виде жидкости (самородная ртуть). Если порода состоит из одного минерала, ее называют – мономинеральной (кварцевые пески, чистый гипс, магнезит), если из нескольких – полиминеральной (гранит, базальт, порфиры).
Классификация по средней плотности: тяжелые - ρ ср >1800 кг/м 3, облегченные - ρ ср =1500 - 1800 кг/м 3, легкие - ρ ср =1000 - 1500 кг/м 3 По прочности при сжатии: низкой прочности - 0,4; 0,7; 1,0; 1,5; 2,5; 3,5; 5,0; 7,5; 10 МПа средней прочности - 12,5; 15, 30, 40 МПа, высокопрочный - 50, 60, 80, 100 МПа. По морозостойкости : 10, 15, 25, 35, 50, 100, 200, 300, 500 (циклов). По виду обработки и использования: в природном состоянии, после специальной обработки.
Метаморфические (видоизмененные) Горные породы Магматические Осадочные
диабаз лабрадорит базальт габбро туфовая лава пемза андезит диорит вулканические трассы вулканический песок трахит сиенит вулканические туфы вулканический пепел порфиры (кварцовый порфир, безкварцовый порфир, порфирит) гранит ↓ ↓ ↓ ↓ цементированные рыхлые излившиеся (эффузивные) глубинные (интрузивные) обломочные массивные ↓ ↓ Магматические
спонголит опока известняковые туфы диатомит ангидрит гравий трепел гипс брекчия лес известняк-ракушечник доломит конгломерат песок мел магнезит песковик глина ↓ ↓ ↓ ↓ цементированные рыхлые органические отложения (органогенные) химические обломочные (механические отложения) ↓ ↓ ↓ Осадочные
↓ ↓ кварцит гнейс из осадочных из магматических глинистые сланцы мрамор ↓ ↓ Метаморфические (видоизмененные)
В зависимости от содержания в природе все минералы делят на две группы: породообразующие и рудообразующие – из которых состоят горные породы и руды, второстепенные, содержание которых меньше 1% и редкие (драгоценные камни, самородные металлы).
Монтмориллонит Глины Барит Доломит Оливины (хризотил-асбест) Каолинит Опал Ангидрит Магнезит Амфиболы (роговая обманка) Слюды (мусковит, биотит, вермикулит) Халцедон (агат, кремний) Гипс Кальцит Пироксены (авгит) Полевые шпаты (ортоклаз, плагиоклаз-альбит, анортит) Кварц ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ Группа сульфатов CaSО 4 Группа карбонатов СаСО 3 Группа железистомагне-зиальных силикатов MgO*nSiO 2 *mH 2 O Группа алюмосиликатов Me*Al 2 O 3 *nSiO 2 Группа кремнезема SiO 2 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ
диатомит, трепел диориты, трепел граниты, Горные породы, в состав которых входит данный минерал стеклянный стеклянный стеклянный Блеск бесцветный, молочно-белый белый, серый, желтый, бурый, зеленый бесцветный (горный хрусталь), лиловый (аметист), Золотисто-желтый (цитрин), фиолетовый Цвет аморфная волокнистая, скрытокристаллическая кристаллическая, плотная Структура 5, 6 6 7 Твердость по шкале Мооса 1900-2500 2600 2650 Плотность, кг/м 3 SiO 2 Н 2 О SiO 2 SiO 2 Химический состав Опал Халцедон (агат, кремний) Кварц Наименование горной породы/свойства
глины, глинистые, песчаники глины, глинистые граниты, андезиты, сланцы и др. Горные породы, в состав которых входит данный минерал - жирный стеклянный Блеск белый, желтый, красный, серый белый бесцветный, бурый Цвет землистая землистая чешуйчатая Структура - 1 2-3 Твердость по шкале Мооса 1400 - 1500 2800 2750-3100 Плотность, кг/м 3 каолинит Al2O3·2SiO2·2H2O калиевый алюмосиликат Химический состав Глины Каолинит Слюды (мусковит, биотит, вермикулит) Наименование горной породы/свойства
базальт, габбро, перидотит, диабаз диорит, андезит, габбро, диабазы диориты, базальт Горные породы, в состав которых входит данный минерал стеклянный стеклянный стеклянный Блеск оливково-зеленый черный черный, бурый, зеленый Цвет зернистая игольчато-призматическая столбчатая или зернистая Структура 6,5 - 7 5,5 - 6 5-6 Твердость по шкале Мооса 3000 - 3500 3100 - 3200 3200 - 3600 Плотность, кг/м 3 (Mg, Fe) 2 [ SiO 4 ] железисто-магнезиальный алюмосиликат известково - магнезально-железистый силикат Химический состав Оливины (хризотил-асбест) Амфиболы (роговая обманка) Пироксены (авгит) Наименование горной породы/свойства
доломиты, мраморы, мергели магнезиты, мраморы известняки, мраморы, мергели, известняковые песчаники и др Горные породы, в состав которых входит данный минерал стеклянный металлический матовый Блеск белый, серый, бесцветный белый, серый бесцветный, белый, серый, бурый Цвет призматическая, пластинчатая, зернистая призматическая плотная Структура 3,5-4 3,5 - 4 3 Твердость по шкале Мооса 2800 - 2900 2800 2600 - 2800 Плотность, кг/м 3 СаСО 3 * MgCO 3 MgCO 3 СаСО 3 Химический состав Доломит Магнезит Кальцит Наименование горной породы/свойства
те же, что и у гранита Облицовочные плитки, камни для кладки сводов, устроев мостов и др. изделия для дорожного строительства (бортовые камни, бутовый камень, щебень) Рекомендуемые области применения в строительстве равномерно-кристаллическая, порфировая мелко-средне-кристаллическая Структура серый, красный, красно-зеленый красный, розовый, серый, серо-голубой Цвет 120 - 180 (1200 - 1800) 80 - 310 (800-3100) Прочность МПа (кгс/см 2 ) 2600 – 2700 2600 – 2700 Средняя плотность, кг/м 3 полевой шпат, роговая обманка, авгит, слюда кварц, полевой шпат, слюда Минералогический состав Сиениты Граниты (глубинные -массивные) Наименование горной породы/Свойства
бутовый камень, щебень, брусчатка для мощения дорог, сырье для плавленных изделий те же, что и у гранита изделия для специальных облицовок; в качестве заполнителей кислото-упорных бетонов Рекомендуемые области применения в строительстве стекловато-открыто-кристаллическая кристаллическая Структура серо-черный, темно-зеленый от светло- до темно-серого Цвет 300 - 500 (3000-5000) 80 - 240 (800-2400) Прочность МПа (кгс/см 2 ) 2700 - 3200 2200 – 2700 Средняя плотность, кг/м 3 плагиоклаз, авгит, оливин роговая обманка или пироксены, слюда и плагиоклаз Минералогический состав Базальты Андезиты (излившиеся-массивные) Наименование горной породы/Свойства
облицовочный материал, материал для кладки стен, добавка к цементам легкий заполнитель в бетонах, гидравлическая добавка цемента Рекомендуемые области применения в строительстве пористая аморфная крупно-пористая Структура от красно-оранжевого до коричневато-лилового серый, светло-желтый Цвет 2 - 20 (20-200) 0,4 - 2,0 (4-20) Прочность МПа (кгс/см 2 ) 800 - 1800 400 - 1400 Средняя плотность, кг/м 3 плагиоклаз, авгит, оливин аморфный кремнезем Минералогический состав Вулканические туфы (изверженные-обломочные-цементированные) Пемза (излившаяся –обломочная-рыхлая) Наименование горной породы/Свойства
Пикрит Перидотит Пироксенит Авгит Дунит Авгит, оливин, рудные минералы менее 40 Ультраосновные Базальт Диабаз Габбро Полевые шпаты (часто лабрадор), авгит, иногда оливин 40-52 Основные Трахит Андезит Ортоклазовый порфир Порфирит Сиенит Диорит Полевые шпаты, (ортоклаз) роговая обманка, биотит Полевые шпаты (плагиоклаз), роговая обманка, биотит, авгит 52-65 Средние Липарит Кварцевый порфир, вулканический туф Гранит Полевые шпаты, кварц, слюды свыше 65 Кислые Молодые Древние Излившиеся Глубинные Минеральный Химические состав (содержа-ние SiO 2 ) Виды породы Состав породы Изверженные горные породы
заполнитель для бетонов, изготовление стекла, силикатного кирпича сырье для керамических материалов Рекомендуемые области применения в строительстве зернистая аморфная крупно-пористая Структура желтый белый, желтый, красный, серый Цвет - - Прочность МПа (кгс/см 2 ) 1300-1400 1400 - 1500 Средняя плотность, кг/м 3 кварц каолинит Минералогический состав Песок Глина (обломочная-рыхлая) Наименование горной породы/Свойства
бутовый камень, стеновые изделия, щебень, облицовочные плиты, сырье для производства извести, цемента, стекла и др. сырье для огнеупоров, стекла, каустического доломита Рекомендуемые области применения в строительстве плотная, кристаллическая, пористая, алитовая, ракушечниковая, туфовая, землистая плотно-кристаллическая Структура серый, белый, желтый, коричневый, розовый, черный белый, серый, черный, бурый Цвет (50 - 2000)- (150 - 1500) 5 - 200 15 - 150 Прочность МПа (кгс/см 2 ) 1060 - 2500 2800 - 2900 Средняя плотность, кг/м 3 кальцит, а также кварц, доломит доломит, а также магнезит и др. Минералогический состав Известняк (органические отложения) Доломит (химические) Наименование горной породы/Свойства
для внутренней облицовки, цветных штукатурок, декоративного бетона бутовая кладка, щебень, плиты для мощения дорог Рекомендуемые области применения в строительстве мелко-средне и –крупнозернистая плотная разнозернистая, слоистая Структура белый, желтый и др. с «мраморовидным» рисунком желтый, голубой, серый Цвет 30-100 (300-1000) 80-280 (800-2800) Прочность МПа (кгс/см 2 ) 2600-2800 2400 - 2500 Средняя плотность, кг/м 3 кальцит кварц, биотит, роговая обманка, полевошпатные породы Минералогический состав Мрамор Гнейсы Наименование горной породы/Свойства
Природные каменные материалы получают в результате механической обработки горных пород — их дробят, раскалывают, распиливают, шлифуют, полируют, обтесывают и т.д. При грубой обработке производят щебень и бутовый камень, при более точной и тщательной — пиленые и тесаные плиты, а также детали для облицовки зданий. Мягкие породы распиливают с помощью камнерезных машин на блоки, причем производится это непосредственно в породе. Твердые породы подвергают дополнительной обработке. Для этого обычно применяют следующие методы: ударная обработка, при которой с помощью пневматических молотков с наконечниками разной формы скалывается поверхность; абразивная обработка: распиливание; шлифование; полировка термический метод
Полировка Метод камнереза Метод метал. клиньев
Резка камня с помощью медного диска и масляно-абразивной суспензии Полировка Мостовой одноголовочный шлифовально-полировальный станок
Грубообработанные каменные материалы и их применение 1 Бутовый камень (бут) 2. Щебень 3. Гравий 4. Песок Блоки и камни Камни и плиты для облицовки Камни для гидротехнических сооружений Дорожные каменные материалы 1.бортовые камни 2.брусчатка 3.колотый камень 4.колотый или булыжный камень 5.камни для облицовки 6.плиты парапетные или карнизные 7.плиты тротуарные 8.щебень, песок и минеральный порошок. Каменные жаростойкие и кислотоупорные изделия
Щебень гранитный Бутовый камень Гравий
Песок Бортовой камень Брусчатка
Колотый камень Булыжный камень
Камень для облицовки Плиты тротуарные Минеральный порошок
Бутовый камень (бут) - крупные куски неправильной формы размером 15-50 см, получаемые разработкой известняков, доломитов и песчаников (реже гранита и других изверженных пород). Камень, получаемый при взрывных работах, носит общее название рваного камня. Бутовый камень должен быть однородным, без следов выветривания, расслоения и трещин, не содержать рыхлых и глинистых включений. Предел прочности при сжатии бутового камня не менее 20 МПа, коэффициент размягчения не ниже 0,75, морозостойкость не ниже 15 циклов. Бутовый камень широко применяется для бутовой и бутобетонной кладки фундаментов, подземных стен, мостовых устоев, укрепления откосов насыпей и берегов рек, кладки подпорных стен. Для кладки лучшим считается бутовый камень в виде плит неправильной формы, так называемый плитняк или постелистый бут. Его получают выколкой из осадочных и метаморфических пород, имеющих сложное или сланцеватое строение. Щебень - куски камня размером 5-70 мм (для гидротехнического строительства до 150 мм). Получают его дроблением камня из прочных и морозостойких горных пород. Прочность щебня характеризуют пределом прочности при сжатии, дробимостью щебня при сжатии (раздавливании) в цилиндре и износом в полочном барабане. Эти показатели имитируют сопротивление каменного материала при воздействии проходящих по дороге транспортных средств и механические воздействия в процессе строительства дорожных конструкций (укладка и уплотнение катками). Гравий состоит из окатанных зерен тех же размеров, что и у зерна щебня. Его получают просеиванием рыхлых осадочных пород, в необходимых случаях применяют промывку для удаления вредных примесей (глины, пыли). Материалы и изделия из природного камня
Песок состоит из зерен различных минералов (кварца, полевого шпата, слюды и др.) размером 0,14-5 мм. Применяют природные и искусственные (дробленные) пески. Щебень, гравий, песок используют в качестве заполнителей для бетона. Блоки из природного камня объемом более 0,1 м 3 выпиливают механизированным способом из массива горных пород (туфа, известняка, доломита, песчаника и др.) или получают путем распиливания блоков заготовок. Блоки применяются для наружных и внутренних стен, а также для фундаментов стен подвалов. По назначению блоки подразделяются на типы Д, Б, П: Д - крупные стеновые блоки для кладки при двурядной разрезке стен жилых домов и общественных зданий; Б - блоки для многорядной кладки стен жилых общественных и производственных зданий; П- подоконные блоки. Стеновые камни, получаемые из туфов и известняков, применяют для кладки наружных и внутренних стен и перегородок. Основные размеры стеновых камней: 390*190*188, 490*240*188, 390*190*288 мм. Каждый такой камень заменяет в кладке 8-12 кирпичей. Стены из мелкопористого природного камня не требуют наружной штукатурки или облицовки. Для наружных стен применяют камни плотностью не более 2300 кг/м 3, водопоглощение камня должно быть не более 30%; морозостойкость - не менее М р3 15. Материалы и изделия из природного камня
Камни и плиты для облицовки Для облицовки гидротехнических сооружений, набережных устоев мостов, цокольной части монументальных зданий применяют камни и плиты из гранита и других изверженных пород, которым свойственна высокая морозостойкость, прочность и твердость. Камни для облицовки могут быть плитообразные (толщиной 15-25 см) и уплотненные пирамидального вида (толщиной 30 см и более). Наружная облицовка зданий может выполняться из атмосферостойких осадочных пород (известняков, доломитов, песчаников, туфов), которые легче поддаются обработке и экономнее гранитных пород. Для внутренней облицовки общественных зданий и сооружений широко используют плиты, получаемые из хорошо распиливающихся пород: мрамора, ангидрита, гипса. Плиты для наружной облицовки имеют толщину 4-10 см. техника нарезки камня с помощью искусственных алмазов дает возможность получать для облицовки зданий декоративные пластины из мрамора, гранита, оникса и др. Специальные облицовки применяют для защиты от коррозии. Цокольные плиты, а также детали карнизов, поясков и других выступающих частей зданий изготовляют из стойких пород. Эти изделия не должны иметь волосных трещин, или придается такая форма, чтобы на них не задерживалась вода от дождя и тающего снега. Плиты для полов и ступеней внутренних лестниц должны иметь высокие износостойкость и декоративные свойства, соответствующие архитектуре интерьера. Материалы и изделия из природного камня
Камни для гидротехнических сооружений Для подземных сооружений и мостов применяют плиты и камни из изверженных и осадочных горных пород. Для облицовки туннелей и наводных частей мостов используют гранит, диорит, габбро, диабаз, базальт с пределом прочности при сжатии не ниже 100 МПа. Морозостойкость указанных горных пород для этих целей – М р3 100 и более. Лицевые камни и облицовочные плиты для туннелей и мостов обрабатывают под фактуры “скала”, бороздчатую или рифленую. Для гидротехнических сооружений применяют природные камни правильной и неправильной формы (рваные, обкатанные, колотые и пиленые, а также щебень), получаемые из изверженных, метаморфических или осадочных пород. Камни не должны иметь признаков выветривания, прослоек мягких пород - глины, гипса и других размокаемых и растворимых включений, а также рыхлых включений ракушек и видимых расслоений и трещин. Природные каменные материалы применяют для сооружения плотин, причалов, молов, пирсов, шлюзов. Каменные материалы проверяют на влияние веществ, растворенных в воде (морской, грунтовой, речной, болотной). В зоне переменного уровня воды условия службы каменных материалов особенно неблагоприятны: камень испытывает многократное замораживание и оттаивание в насыщенном водой состоянии. Защитную облицовку в этой зоне устраивают из плотных изверженных пород, имеющих водопоглощение не более 1%, марки по прочности не ниже 80-100 МПа и по морозостойкости М р3 150-500 в зависимости от класса сооружения, климатических и других условий эксплуатации. Камни для гидротехнического строительства делят: по объемной массе в сухом состоянии - на тяжелые, с плотностью свыше 1800 кг/м 3, средние - 1500-1800 кг/м 3 ; по прочности на сжатие - на низкопрочные (слабые) с пределом прочности на сжатие - 2,5-10, средней плотности - 15-40 и высокопрочные (прочные) - 50 МПа и выше. По степени морозостойкости камни имеют марки М р3 25, 50, 100, 150, 200, 250, 300 и 500. Коэффициент размягчения для низкопрочных камней должен быть не менее 0,6; средней прочности - 0,75 и высокопрочных - 0,9 и более. Для изготовления камней низкой прочности применяют известняки, средней прочности - известняки и песчаники, и для камня высокой прочности - известняки, доломиты, песчаники, граниты, диориты, габбро, базальты и диабазы. Материалы и изделия из природного камня
Дорожные каменные материалы Для дорожного строительства применяют следующие материалы и изделия из природного камня: бортовые камни, брусчатку, колотый камень, колотый или булыжный камень, камни для облицовки, плиты парапетные или карнизные, плиты тротуарные, щебень, песок и минеральный порошок. Изверженные горные породы должны обладать следующими свойствами: предел прочности при сжатии глубинных горных пород - не менее 100 МПа, излившиеся - не менее 60 МПа, коэффициент размягчения - не менее 0,9, водопоглощение не более 1,0%, морозостойкость - не менее М р3 25, сопротивление удару - не менее 15 кг/см 2 и плотность 2300 кг/м 3 и более. Осадочные горные породы не должны быть затронуты выветриванием. Бортовые камни применяют для отделения проезжей части улиц от тротуаров, а также автомобильных дорого от тротуаров и в туннелях. По форме бортовой камень представляет собой брус длиной 70-200 см с наклонной или вертикальной лицевой гранью в поперечном сечении. Верхняя часть бортового камня, выступающая над дорожным покрытием, обтесана чисто, нижняя часть - грубо. Бортовые камни бывают прямые и лекальные, высокие (до 40 см) и низкие (до 30 см) с шириной по верху 10, 15 и 20 см. Брусчатый камень (брусчатка) - колотые или тесаные бруски высотой 10-16, шириной 12-15 и длиной 15-25 см имеет форму усеченной пирамиды с параллельными прямоугольными основаниями. Брусчатку изготавливают механизированным способом из однородных мелко- и среднезернистых пород (диабаза и др.). Предел прочности при сжатии исходной породы не ниже 100 МПа, водопоглощение не более 0,6%. Применяют при устройстве мостовых (особенно часто при крутых подъемах и спусках), трамвайного полотна, посадочных площадок трамвая и др. Материалы и изделия из природного камня
Колотый булыжный камень используют для укрепления откосов земляных покрытий и оснований. Колотый камень по форме близок к многогранной призме или усеченной пирамиде с площадью лицевой поверхности 100, 200 и 400 см 2 при соответствующей высоте 16, 20 и 30 см. Лицевая поверхность и постель должны быть параллельны, на боковых гранях не должно быть выступов, препятствующих плотному примыканию к другому камню. Булыжный камень имеет овальную форму, его лицевая сторона должна быть больше поверхности постели. Размеры булыжного камня такие же, как и колотого камня. Плиты парапетные или карнизные для мостов и набережных изготавливают из следующих размеров: парапетные - длиной 100…200 см, шириной не менее 90 и толщиной 20…30 см; карнизные - длиной 100…200 см, шириной не менее 50 и толщиной 20…30 см. Блоки и плиты для облицовки набережных, мостовых устоев подвергают тщательной обработке с лицевой стороны. Плиты тротуарные изготавливают из слоистых и сланцеватых горных пород. Они имеют форму прямоугольной или квадратной плиты со стороной от 20 до 80 см с ровной лицевой поверхностью и толщиной не менее 4 см и не более 15 см. Материалы и изделия из природного камня
1. конструктивные методы - заключаются в обеспечении защиты конструкций из каменных материалов от увлажнения: обеспечение отвода или хорошего стока воды; полировка поверхности. 2. физико-химические методы - путем создания водонерастворимого поверхностного слоя или придания поверхности водоотталкивающих свойств. Материалы из карбонатных пород защищают флюатированием, нанося на поверхность соли кремнефтористой кислоты, которые с карбонатами образуют нерастворимые вещества. Обработка камня составом, препятствующим намоканию
Породы не содержащие углекислого кальция, предварительно пропитывают раствором хлористого кальция, а после сушки - раствором соды, что приводит к образованию СаСО3. Затем производят флюатирование. Уплотнение поверхности некоторых пород производят методом силикатизации, пропитывая поверхности жидким стеклом и хлористым кальцием, в результате чего в порах и на поверхности материала образуются нерастворимые силикаты кальция и кремнекислоты.
