Виды природных каменных материалов и применение их в строительстве

Относительно широкие разведки каменных строительных материалов и испытания их начались в России с 70-х годов XIX

в. в связи с развитием строительства железных дорог и мостов. Обширные исследования свойств природных каменных

материалов проводили в конце прошлого века ученые испытательной станции под руководством проф. Н. А. Белелюбского

при Петербургском институте инженеров путей сообщения, а затем в лаборатории, организованной проф. Н. К. Лахтиным,

принадлежащей ныне Московскому архитектурному институту. Следует, однако, отметить, что масштабы изучения

минеральных ресурсов страны в дореволюционной России были очень ограничены, а добывающая промышленность была

развита первоначально слабо. В связи с этим даже граниты и мраморы, которыми очень богата наша Родина, ввозились

из-за границы.
Огромный толчок материаловедческому изучению природных каменных материалов и становлению его как научной

дисциплины дала Великая Октябрьская революция. На основе трудов академиков Д. С. Белянкина, В. А. Обручева, А. Е.

Ферсмана, Ф. Ю. Левинсона-Лессинга и других ученых выявлены и хорошо исследованы богатейшие запасы природных

каменных материалов во многих районах страны для удовлетворения потребностей гигантского строительства.
Горные породы и минералы, используемые человеком для своих нужд, называются полезными   ископаемыми.  

Неиспользуемые   слои и прослойки между полезными ископаемыми называют пустой породой. Горные породы, применяемые

в виде природных строительных материалов и в качестве сырья для производства других материалов, относятся к

нерудным   (неметаллическим)   ископаемым.
Природные каменные материалы в строительстве используют обычно после механической обработки (расколки и обтески,

распиловки, шлифовки и полировки, дробления и рассева)-. Все каменные материалы, используемые в строительстве,

можно разделить на две основные группы —материалы, применяемые в своем первоначальном виде, и материалы, пригодные

для строительных целей лишь после соответствующей обработки.
В некоторых случаях один и тот же материал может применяться в первоначальном виде или после прохождения одной или

нескольких стадий обработки. Так, песок можно употреблять непосредственно из карьера или после предварительной

промывки, природный гравий — или в первоначальном виде или после измельчения и сортировки для получения зерен

определенных фракций.
Рассмотрим основные каменные материалы, применяемые без обработки.
Бутовый камень — крупные куски неправильной формы, размером 150—500 мм, весом 20—40 кг, 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 камня из осадочных

пород не менее 100 кГ/см2, коэффициент размягчения не ниже 0,75, морозостойкость не ниже. 15 циклов. Бутовый

камень широко применяется для бутовой и бутобетонной кладки фундаментов, подземных стен и стен неотапливаемых

зданий, подпорных стен, ледорезов, отстойников и резервуаров.
Для кладки лучшим считается бутовый камень в виде плит неправильной формы, так называемый плитняк или постелистный

бут. Его получают выколкой из осадочных и метаморфических пород,- имеющих слоистое или сланцеватое строение.

Кладку ведут рядами, что повышает ее прочность, уменьшает расход вяжущего материала и повышает производительность

труда.. Кладка из рваного бутового камня более трудоемка и на нее расходуется больше раствора для заполнения

пустот между камнями неправильной формы.
Мелкие куски бутового камня обычно перерабатывают на щебень, используемый в качестве заполнителя в бетоне, для

щебеночной подготовки под бетонные фундаменты в санитарно-технических сооружениях и в качестве фильтрующего

материала.
Валунный камень — крупные обломки (более 300 мм) горных пород ледникового происхождения, характеризующиеся

окатанной, часто сильно выветрившейся поверхностью. Весьма разнообразен по петрографическому составу. Используется

для получения булыжного камня и щебня.
Булыжный камень — небольшие валуны (до 300 мм) или расколотые валуны больших размеров. Применяется для покрытия

мостовых, дворов и откосов, для каменной наброски при строительстве дамб. Крупный булыжный камень можно применять

как бут, мелкий камень перерабатывается на щебень. Валунный булыжный камень может быть использован для

изготовления (методом околки) специальных шашек для мощения дорог и оснований под дорожные покрытия.
Гравий — рыхлое скопление обломков горных пород, различно обкатанных. Величина отдельных зерен 5—70 мм. В

зависимости от линейного размера частиц гравий подразделяют на фракции 5—10, 10— 20, 20—40 и 40—70 мм. Добывают

гравий открытым способом экскаваторами различных типов, при добыче со дна рек, морей и озер применяют всасывающие

механизмы, которые забирают гравий вместе с водой и транспортируют по трубам к местам отвалов, где происходит его

естественное обезвоживание. Гравий применяется в строительстве в качестве крупного заполнителя в цементных и

асфальтовых бетонах, а также как фильтрующий материал в   водопроводных   сооружениях.
Песок — рыхлая горная порода, состоящая из зерен минералов и пород размером 0,14—5 мм. В зависимости от

минералогического состава различают пески кварцевые, полевошпатные и карбонатные. Способы добычи песка аналогичны

способам добычи гравия.
Пески как строительный материал получают обширное применение в связи с колоссальным развитием цементной

промышленности: большинство цементных растворов и бетонов содержат песок, иногда в весьма большом количестве. От

качества применяемых песков зависит прочность многих строительных материалов, получаемых на основе цемента и песка

в качестве заполнителя. Для получения некоторых строительных изделий необходимо применение обогащенных песков,

т.е. промытых и отсортированных как по величине зерен, так и по минералогическому составу, или прошедших

дополнительное измельчение (тонкомолотых). Кварцевые пески являются основным сырьем для стекольной промышленности.
Наиболее часто в строительстве применяют каменные материалы второй группы, т. е. прошедшие специальную обработку в

заводских условиях.
Плиты тесаные и пиленые  изготовляют из блоков, отделенных от массива пород.
Процесс изготовления тесаных плит состоит из развалки монолитов, грубой околки и получистой и чистой тески..

Монолит на болванки разделывают взрывным способом, взрывая в пробуренных шпурах небольшие заряды пороха, чтобы не

появились при взрыве тонкие побочные трещины, понижающие прочность камня. Часто развалку монолита ведут клиньями .

Болванки подвергают грубой отеске долотами. Для чистой тески лицевых поверхностей применяют бучар-ду с мелкой

насечкой. Механическая теска с применением пневматических инструментов резко повышает производительность труда.
Изготовление пиленых плит значительно проще и состоит из распиловки блоков из природного камня и обработки лицевой

стороны плиты для получения определенной фактуры.
Согласно ГОСТ 9479—60 блоки из природного камня делятся на четыре группы: I — из гранитов; II—-из мраморов; III —

из известняков и IV — из вулканических туфов. Технические показатели этих блоков приведены в табл. 5.
Основным назначением тесаных и пиленых плит является облицовка зданий, поэтому для получения этих изделий

используют однородные по строению горные породы, обладающие достаточной прочностью, устойчивостью к выветриванию и

хорошей обрабатываемостью, без трещин, глинистых и других примесей. Плиты для наружной облицовки зданий и

сооружений вырабатываются из породы с пределом прочности при сжатии не менее 1000 кГ/с.и2 — гранита, сиенита,

диорита, габбро, лабрадорита, кварцита. Для внутренней облицовки применяют мраморы, некоторые кристаллические

сланцы, мягкие гипсы и ангидриты с пределом прочности не менее 200 кГ/см2.
Стоимость пиленых плит ниже стоимости тесаных: их можно получить меньшей толщины —25 мм для внутренней и 50 мм для

внешней облицовки зданий; толщина тесаных плит соответственно 100 и 200 мм. Правильность плоскостей пиленых плит

упрощает дальнейшую их обработку: плиты легче поддаются шлифовке, полировке, а также обработке для придания

наружной их стороне требуемой фактуры. Наиблее эффективен способ обработки поверхности каменных плит резанием

многорезцовыми фрезами, что дает возможность получать гладкие плоские поверхности и выполнять окантовку плит.
Плиты для наружной облицовки выпускают шириной 600 мм из твердых пород и 400 мм из пород средней твердости, для

внутренней облицовки—300 мм. Длина плит не нормируется, что дает возможность полнее использовать природный камень.
Пиленые плиты обладают большей стойкостью, чем тесаные, так как при теске ударами выкалываются и дробятся зерна

минералов, в результате чего в камне появляются микротрещины.
Плиты для облицовки цоколей зданий изготовляют, из наиболее стойких и прочных пород.
При перевозке облицовочные плиты пиленые и тесаные устанавливаются на ребро с прокладками; полированные складывают

лицевыми поверхностями, обязательно прокладывая между ними бумагу, в тару весом брутто не более 150 кг или

перевозят в контейнерах.
Кровельные плитки, называемые природным шифером, получают раскалыванием и обрезкой глинистого (кровельного)

сланца. Плитки выпускаются размером от 250X150 до 600x350 мм при толщине 4— 8 мм. Прочность их при изгибе должна

быть не ниже 150 кГ/см2, они должны выдерживать не менее 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Природный шифер является самым долговечным кровельным материалом, срок службы которого исчисляется сотнями лет.
Бортовке камни изготовляются обколкой и обтеской каменных пород. Выпускаются камни трех основных видов: прямой,

лекальный и для оформления съездов. Длина камней 70—200 см, по высоте они имеют два размера — низкие 30 и высокие

40 см при ширине верхней части 10, 15 и 20 см. Верхняя часть бортового камня, выступающая над дорожным покрытием,

обтесывается чисто, а нижняя часть грубо. Эти бортовые камни в настоящее время применяются меньше, так как

стоимость их значительно выше стоимости бетонных бортовых камней. Однако последние уступают тесаным камням как по

долговечности, так и по внешнему виду.
Брусчатка — колотые и тесаные бруски камня, по форме приближающиеся к параллелепипеду, с наружной стороной в форме

прямоугольника. По высоте брусчатка делится на низкую — высота 10 см, среднюю — 11—13 см и высокую — 14—16 см;

ширина у всех сортов 12—15 см и длина 15—25 см. Верхняя и нижняя плоскости брусчатки, т. е. «лицо» и «постель»,

параллельны, а боковые грани суживаются книзу, так что длина и ширина граней постели меньше, чем грани лица, на 5

мм у низкой брусчатки и на 10 мм у средней и высокой брусчатки. Брусчатку изготовляют из однородных морозостойких

каменных пород, имеющих прочность на сжатие не ниже 1000 кГ/см2 и обладающих хорошей обрабатываемостью.
Щебень представляет собой смесь угловатых обломков камня различной конфигурации размером от 5 до 150 мм.

Изготовляется щебень из горных пород различного качества, что определяет его марку. Качество щебня устанавливается

показателем предела прочности при сжатии исходной горной породы в насыщенном водой состоянии, а также показателями

ее истираемости и сопротивления удару. По пределу прочности при сжатии щебень подразделяют на марки: из

изверженных горных пород —1200, 1000 и 800; из метаморфических горных пород—1200, 1000, 800 и 600; из осадочных

горных пород—1200, 1000, 800, 600, 400, 300 и 200. Щебень должен состоять из однородных по качеству обломков

породы, приближающихся по форме к кубу или тетраэдру, с содержанием вытянутых и плоских щебенок (лещадок) не более

25%.
Получают щебень дроблением камня в дробилках разных конструкций (щековых, конусных), а мелкий щебень (с величиной

кусков менее 25 мм) — на молотковых или валковых дробилках. Технология производства щебня состоит из следующих

операций: раскалывание камня на куски, размеры которых соответствуют типу дробилки; загрузка (подача) камня в

дробилки; дробление камня до получения зерен заданной величины; подача щебня на сортировку; сортировка щебня (по

крупности зерен) на вращающихся грохотах и перемещение отсортированного щебня к месту хранения. При дроблении

щебень в зависимости от характера горной породы принимает разную форму. Предварительно о качестве щебня судят

визуально по его однородности, влажности и загрязненности. Окончательно качество щебня определяется на основании

лабораторных определений гранулометрического состава, формы и размера зерен и физико-механических свойств.

Применяется щебень в строительстве очень широко для приготовления цементобетонных и асфальтобетонных смесей.
Помимо описанных наиболее распространенных природных каменных материалов изготовляются в обширном ассортименте

каменные изделия специального назначения. Это — камни и плиты для облицовки мостовых опор, устройства ледорезов,

плиты для полов и тротуаров, блоки и плиты для кладки цоколей, плиты для подоконников, лестничные ступени и др. В

южных районах нашей страны большую роль в строительстве играет пиленый камень-ракушечник, применяемый в основном