Каменные материалы
Каменные материалы получают из горных пород путем их механической обработки (раскалывание, распиливание, шлифование, полирование, дробление, просеивание и.т.д.), а иногда и без специальной обработки (добыча гравия, песка, глины). При этом строительные материалы почти полностью сохраняют свойства той горной породы, из которой они получены.
Горные породы – это естественно-исторические геологические единицы, образующие в совокупности твердую земную оболочку. Горные породы представляют собой сочетание разных материалов. Например: гранит (полиминеральная порода) содержит много минералов, но основными являются три – полевой шпат, кварц и слюды – черная и белая. В ряде случаев порода может быть сложена из одного минерала (мономинеральная порода) – например, мел, гипс, известняк. Горные породы встречаются в твердом, рыхлом и жидком видах. В строительстве применяют исключительно нерудные ископаемые.
2.1.1. Классификация горных пород
По своему происхождению горные породы делятся на 3 группы
(см. рис. 2.1.)
1. Изверженные (магматические), которые в свою очередь делятся на:
а) интрузивные (глубинные) – образовавшиеся при застывании магмы на разной глубине в земной коре;
б) эффузивные – излившиеся на поверхность Земли.
2. Осадочные.
3. Метаморфические (видоизмененные).
Природные каменные материалы применяют в строительстве:
– необработанными,
– грубо обработанными,
– с тщательно отделанными поверхностями.
Строительные свойства каменных материалов зависят от их физических, химических и механических характеристик. Механическая прочность
каменных материалов характеризуется маркой – пределом прочности на сжатие, изгиб и растяжение.
2.1.2. Виды и назначение природных каменных материалов, применяемых в строительстве
В строительстве применяют следующие виды каменных материалов:
1. Рваный камень:
а) бутовый камень – крупные куски размером 150 – 500 мм (весом
20 – 40 кг) неправильной формы, получаемые разработкой при взрывных работах известняков, доломитов и песчаников (реже – гранитов и других изверженных пород). Используют для изготовления бутобетона, кладки фундаментов, подпорных стен, волнорезов, стен неотапливаемых зданий.
Бут перерабатывают также на щебень (крупностью 5 – 150 мм) для изготовления бетонов и для устройства щебеночной подготовки, а также для фильтров.
б) булыжный камень – получают раскалыванием камней из карьеров или валунов. Применяют для мощения дорог, облицовки откосов, для переработки на щебень.
в) брусчатка – колотые или тесаные камни правильной формы высотой 10 – 16, шириной 12 – 15 и длиной 15 – 25 см. Применяют для устройства полов промышленных зданий и покрытий дорог и площадей.
2. Штучные тесаные и пиленые камни
Блоки отделяют от массива породы (по трещинам) бурением или расклиниванием, а в твердых породах – взрыванием. Штучный известняк-ракушечник и мрамор выпиливают из массива камнерезными машинами.
Камни подразделяют на:
а) тесаные (изготовляют из тяжелых пород с γ0 
2000 кг/м3);
б) пиленые (из легких пород с γ0 
1800 кг/м3).
Штучные камни применяют для кладки и облицовки.
3. Плиты для облицовки фасадов зданий, устройства тротуаров и полов промышленных зданий.
По методу изготовления плиты делятся на:
1) плиты тесаные (из тяжелых пород – гранита, сиенита, базальта);
2) плиты пиленые (из легких пород – туфа и известняков).
Пиленые плиты более стойки, т.к. удары при теске плит выкалывают и
дробят кристаллы, создавая микротрещины – будущие очаги разрушения камня. Кроме плит для облицовки на специальных продольных станках изготовляют различные фасонные изделия – ступени, наличники, колонны и т.п.
Для предохранения природных каменных материалов от разрушения и выветривания лицевую сторону плит и изделий полируют с целью создания непроницаемого слоя (поры каменного материала заполняются мельчайшими частицами). Кроме того, каменным материалам придают форму, обеспечивающую им кроме гладкой поверхности еще и быстрый сток воды.
Древесные материалы
2.2.1. Свойства древесины
Древесные материалы широко применяются в строительстве благодаря их хорошим строительным свойством.
К положительным свойствам древесины относят:
а) сравнительно высокую прочность при небольшой объемной массе
(γ0 ≈ 1,54 – 1,55);
б) упругость;
в) простоту обработки;
г) небольшую теплопроводность (для сосны вдоль волокон – 0,35Вт/м К, поперек волокон – 0,17 Вт/м К);
д) сравнительно высокую стойкость древесины к действию агрессивных сред (при длительном воздействии кислот и щелочей древесина начинает разрушаться при pH 2). Слабощелочные растворы практически не разрушает древесину. В морской воде древесина сохраняется хуже, чем в пресной (кроме дуба);
е) высокую звукопроводимость (вдоль волокон в 4, а поперек в
10 – 16 раз больше звукопроводности воздуха);
ж) низкую электропроводность, которая зависит от влажности воздуха (сухая древесина не электропроводна; электрическое сопротивление для сухой древесины R0 ≈ 75·107 Ом·см);
и) её высокую долговечность; долговечность древесины различают по стойкости на воздухе и в воде (см. табл. 2.1.).
| Таблица 2.1. Долговечность древесины | ||
| Долговечность по сравнению с долговечностью дуба | Древесина | |
| на воздухе | в воде | |
| дуб | ||
| 0,1÷0,6 | 0,7÷1 | бук |
| 0,4÷0,85 | 0,8 | сосна |
| 0,4÷0,85 | 0,5 | лиственница |
Недостатками древесины являются:
1) неоднородность строения (анизотропность);
2) различные показатели прочности и теплопроводности вдоль и поперек волокон;
3) наличие пороков древесины, снижающих ее прочность (сучки снижают прочность на 30 – 40 % и более; трещины – морозные (вдоль волокон) и усушки (радиально направленные); кривизна ствола, червоточины и поражения грибком;
4) гигроскопичность (способность поглощать и испарять влагу при изменении влажности окружающего воздуха). В зависимости от влажности различают древесину:
а) мокрую (W > 35%);
б) свежесрубленную (W ≤ 35 %);
в) воздушно-сухую (W = 15 – 20 %);
г) комнатно-сухую (W = 8 – 13 %).
Условно - нормальной влажностью для древесины считается влажность 15 %.
5) загниваемость (древесину пропитывают антисептиками, которые обладают высокой токсичностью по отношению к дереворазрушающим грибам;
6) легкая возгораемость (древесина начинает гореть при температуре
t = 260 ÷ 290° С);
7) усушка, разбухания и коробление.
Под усушкой древесины понимают уменьшение ее линейных размеров и объема. Вследствие неоднородности строения древесина усыхает или набухает в различных направлениях неодинаково (см. табл. 2.2).
Степень усушки характеризуется коэффициентом объемной усушки К0:
. (2.1)
Изменение влажности и объема приводит к короблению и растрескиванию древесины из-за возникновения внутренних направлений.
| Таблица 2.2. Усушка древесины | |
| Направление (вдоль или поперек волокон) | Линейная усушка,  %
|
| вдоль волокон | 0,1 – 0,3 % |
| в радиальном направлении | 3 – 6 % |
| в тангентальном направлении | 7 – 12 % |
Указанные недостатки древесины как строительного материала (за исключением анизотропности) можно ослабить или даже устранить специальными способами обработки древесины различными составами.
Древесину подразделяют на древесину хвойных пород (сосна, ель, лиственница) и древесину лиственных пород (дуб, береза, бук, липа, осина).
В древесине лиственных пород влага движется по сосудам, расположенным вдоль ствола.
Хвойные деревья не имеют сосудов, состоят из замкнутых, удлиненных клеток. В слоях поздней древесины у них расположены смоляные ходы – межклеточные пространства, заполненные смолой.
Древесину, применяемую в строительстве, подвергают соответствующей механической обработке: распиловка, строжке и переработке на шпон, стружку или волокна.
2.2.2. Виды древесных материалов, применяемых в строительстве
В строительстве применяют следующие виды древесных материалов:
Бревна – строительные и пиловочные получают преимущественно из древесины хвойных пород (сосны, ели, пихты, лиственницы или кедра). Диаметр бревен в верхнем отрубе – от 140 до 320 мм (с градацией через
20 мм), длина – от 4 до 6,5 м, а для опор ЛЭП используют бревна длиной от 6,5 до 18 м.
Кряжи – толстые обрезки ствола дерева (диаметром более 200 мм) – являются сырьем для лущения в производстве фанеры и спичек.
Пиломатериалы изготавливают из древесины хвойных (длиной до 6,5 м с градацией 0,25 м) и лиственных пород (бука, березы, липы, осины, тополя и дуба).
Доски имеют толщину 100 мм и менее с градацией через 3 мм, ширину от 80 до 250 мм при соотношении ширины к толщине более 2.
Бруски могут иметь толщину 50, 60,75 и 100 мм, ширину 100, 150, и 200 мм при отношении ширины к толщине 2 и менее.
Брусья имеют толщину и ширину более 100 мм, они могут быть двухкантные (опиленные с двух сторон) и четырехкантные.
Столярные изделия – оконные переплеты, двери, перегородки щитовые, паркет изготавливают из древесины хвойных и лиственных пород. Паркет бывает обыкновенный (планочный) и щитовой.
Щитовой паркет имеет основание из досок, на которые наклеен паркет, набранный из отдельных планок.
Паркетные доски состоят из реечного основания (оно позволяет избежать коробления), на которое наклеены паркетные планки. На кромках паркетных досок имеется паз и гребень для плотного соединения при настилке пола.
Паркет (δ = 12 мм) изготавливают из твердых лиственных пород (дуба, ясеня, бука, вяза). Паркет из лиственницы, сосны, березы имеет
δ = 17 и 20 мм. Паркет штучный имеет длину 150, 200, 250, 300, и 400 мм и ширину от 30 до 60 мм; ширина паркета из бука и березы не должн превышать 60 мм. Доски для настилки чистых полов изготавливают в основном из сосны.
Клееные конструкции изготавливают из досок толщиной не более
50 мм с влажностью не более 15 %. В качестве клеящих веществ применяют водостойкие клеи из полимеризующихся смол, казеино - цементные и др. В зависимости от вида клея различают фанеру повышенной, средней и ограниченной влагостойкости.
Основными видами клеевых конструкций являются балки покрытий (одно- и двухскатные, с параллельными поясами, арки и фермы, а также сваи, мостовые конструкции, инвентарная опалубка.
Фанера строительная – листовой материал, склеенный их нескольких слоев шпона, полученного лущением распаренных кряжей. Толщина листов фанеры – от 2 до 12 мм, количество шпонов (слоев) – от 3 до 13 (при нечетном числе слоев шпона уменьшается коробления фанеры). Длина листов от 2 до 3м, ширина – 1,2 – 2 м. Фанеру повышенной водостойкости применяют для изготовления несущих конструкций промышленный зданий с защитной окраской.
Для кровельных щитов используют фанеру, защищенную от увлажнения гидроизоляцией. Фанера ограниченной водостойкости применяется внутри здания. Для открытых сооружений применяют бакелизированную фанеру (из березового шпона на бакелитовом клее).
Древесно-стружечные плиты (ДСП) изготавливают из стружки путем прессования с клеями на основе полимеров.
Плиты ДСП подразделяются на:
– обычные;
– облицованные слоями шпона;
– облицованные бумагой;
– облицованные пластиком.
Объемная масса таких плит составляет γ0 = 500 – 800 кг/м3; длина листов 2500 и 3500 мм, ширина – 1250, 1500 и 1750 мм.
Древесно - волокнистые плиты (ДВП) получают из древесных волокон путем горячего прессования. ДВП выпускают 4 видов:
1) пористые (с объемной массой γ0 < 400 кг/м3);
2) полутвердые (γ0 = 400 кг/м3);
3) твердые (γ0 ≥ 850 кг/м3);
4) сверхтвердые (γ0 ≥ 950 кг/м3).
Древесно-волокнистые плиты трудновоспламеняемые и биостойкие, их широко применяют как отделочный и изоляционный материал.
2.2.3. Сушка древесины, защита от горения и возгорания
Сушку древесины ведут различными способами:
1) естественную – на воздухе в штабелях (в закрытых помещениях или под навесами);
2) искусственную осуществляют:
а) в сушильных камерах (воздухом, паром или дымовыми газами);
б) в электрическом поле высокой частоты – древесина помещается между двумя электродами, к которым подводится ток высокой частоты (древесина высыхает в 20 быстрее, чем при камерной сушке);
в) в горячих жидкостях (при температуре 130 – 140° С в каменноугольном масле или петролатуме; петролатум – отход, получаемый при депарафинизации нефтяных масел.
г) контактным способом – сушка осуществляется между периодически смыкающимися горячими плитами пресса или на роликовых установках. Этот способ применяется для сушки тонких сортиментов древесины – шпона и фанеры.
Сушка осуществляется между периодически смыкающимися горячими плитами пресса или на роликовых установках.
Для предохранения древесины от гниения ее защищают антисептированием – т.е. пропитывают химическими веществами, убивающими грибы или создающими среду, в которой жизнедеятельность грибов становится невозможной.
Водными антисептиками служат фтористый натрий NaF или Na2SiF6 (кремнефтористый натрий). Масляными антисептиками являются деготь древесный, масло каменноугольное и сланцевое. Пропитку древесины антисептиками осуществляют:
1) поверхностной обработкой;
2) в горяче - холодных ваннах;
3) под давлением.
Защита древесины от возгорания. Существующие защитные меры подразделяются на:
1) конструктивные (устройство огнестойких стен и перегородок);
2) покрытие деревянных элементов штукатуркой или облицовкой несгораемыми материалами (асбестовыми и др.);
3) окрашивание огнезащитными красками (например, силикатными со связующим – растворимым стеклом и наполнителем – мелом или песком).
4) пропитка антипиренами, которые при нагревании создают оплавленную пленку, закрывающую доступ кислорода к древесине, либо выделяют негорючие газы, (которые оттесняют воздух от поверхности древесины и одновременно разбавляют горючие газы, выделяющиеся из древесины при нагревании. В качестве антипиренов применяют хлористый аммоний, буру – Na2В4О7·10 Н2О, сернокислый аммоний и др.)