Обоснуйте применение природных каменных материалов в строительстве. На каких свойствах оно основано и в каких контрукциях.
Природные каменные материалы
Виды каменных материалов
С позиции практичности, все породы удобно разбить на две группы: прочные и малопрочные. Прочные породы характеризуют высокая твердость, как правило, крупно- и среднезернистое строение, малое водопоглощение в невыветренном состоянии и т.п., а малопрочные – незначительная прочность и более высокое водопоглощение. Твердость при определении вида каменной породы в полевых условиях наиболее удобно измерять по относительной шкале Мооса с помощью некоторых минералов или подручных средств, пользуясь данными табл. 1.114.
Таблица 1.114
| Породообразующие минералы | Балл шкалы Мооса | Подручные материалы |
| Каолин | Грифель мягкого карандаша | |
| Тальк | 2М-ЗМ | |
| Гипс | Ноготь человека | |
| Слюда | 1,5-2,5 | 50-копеечная монета |
| Каменная соль | 2,5 | То же |
| Кальцит (мрамор) | «« | |
| Плавиковый шпат | 2-рублевая монета | |
| Апатит | Стекло оконное | |
| Роговая обманка | То же | |
| Пирит | 5,5-6 | Стальной нож среднего качества |
| Полевые шпаты | Напильник | |
| Кварц | Напильник, стальная игла | |
| Корунд | Стеклорез обыкновенный | |
| Алмаз | Стеклорез алмазный |
Строение является важным элементом при определении (идентификации) вида породы. Здесь может помочь определение характера зернистости с помощью схем (рис. 1.1). Помимо перечисленных признаков при определении породы обычно используют также цвет, сложение (слоистое, массивное и т.п.) и среднюю плотность.
Существенно могут помочь при идентификации, особенно осадочных пород, химические методы распознавания. Например, с помощью соляной кислоты хорошо распознаются известняки, доломиты и мрамор, так как при ее действии поверхность этих пород «вскипает» в результате химической реакции. Средняя плотность породы – также важный показатель ее прочности. Все перечисленные выше свойства применительно к основным видам каменных пород приведены в табл. 1.115.
Таблица 1.115
| Порода | Структура и ее сложение | Наиболее распространенный цвет | Твердость по шкале Мооса Т и плотность?ср, кг/м3(г/см3) |
| Прочные и твердые породы | |||
| Гранит | Крупно- и среднезернистая структура с видимыми частицами слюды; сложение массивное | Серый, иногда желтоватый или красноватый | Т = 6-7;?ср = 2600 (2,6) |
| Сиенит | Среднезернистая структура; сложение слоистое | Темно-зеленый, реже - серовато-красный | Т = 6;?ср =2800 (2,8) |
| Диорит | Средне- и мелкозернистая структура; сложение массивное | От темно-зеленого до черно-зеленого | Т = 6;?ср =2800(2,8) |
| Андезит | Мелкозернистая структура с включениями вулканического стекла; сложение массивное | Зеленовато-сероватый | Т = 6-7;?ср = 2200 (2,2) |
| Габбро | Мелкозернистая структура; сложение массивное | От оливкового до коричневого | Т = 6;?ср =3100(3,1) |
| Гнейс | Средне- и мелкозернистая структура; сложение, ярко выраженное слоистое с тонкими прожилками (прослойками) | Серый с красноватым или зеленоватым оттенком | Т = 5-6;?ср = 2600 (2,6) |
| Базальт | Очень мелкозернистая структура; сложение массивное | Черный с сероватым тусклым отливом | Т = 7-8;?ср = 3000(3) |
| Диабаз | Мелкозернистая структура; сложение массивное | Темно-серый, может быть зеленовато-серым | Т=6;?ср = 3000(3) |
| Порфиры | Скрытокристаллическая или стекловидная структура с вкраплениями средних и крупных зерен; сложение массивное | Красноватые и зеленоватые зерна на сером фоне | Т=6;?ср =2600(2,6) |
| Кварциты | Мелкозернистая структура; сложение массивное | Белый, серый, реже - желтоватый и красноватый | Т = 7;?ср =2600(2,6) |
| Менее прочные и менее твердые породы | |||
| Песчаники | Равномерная мелкозернистая структура; сложение пластовое | Серый с желтоватым или красноватым оттенком | Кремнистые Т = 6, железистые Т = 5, известковые Т = 4;?ср = 2400-2600 (2,4-2,6) |
| Известняки плотные | Землистая аморфно-кристаллическая структура; сложение чаще слоистое, бывают загрязнены включениями глины | Серый с кремоватым, желтоватым или оранжеватым оттенками | Т = 3-5;?ср = 2400-2600 (2,4-2,6) |
| Известняки рыхлые | Аморфно-кристаллическая пористая (иногда ноздреватая) структура; сложение слоистое | Серый или белый с желтоватым оттенком | Т = 2-3;?ср = 1300-1800 (1,3-1,8) |
| Доломиты | Среднезернистая структура; сложение чаще пластовое, но бывает и массивное | Серый с прожилками | Т = 4;?ср = 2800(2,8) |
| Сланцы | Чаще аморфная, реже мелкозернистая структура; сложение тонкослоистое, слои легко отделяются друг от друга | Чаще черный, темно-зеленый или бурый | Т = 2-3; (кремнистые до Т = 5-6);?ср = 2600-2700 (2,6-2,7) |
| Мраморы | Мелкозернистая структура; сложение массивное | Разнообразный, но обязательно с узорами, прослойками и прожилками | Т = 4;?ср = 2600-2900 (2,6-2,9) |
| Примечание. Крупнозернистое строение - частицы более 5 мм, среднезернистое - частицы 1-5 мм, мелкозернистое - частицы менее 1 мм, аморфное строение - частицы практически не видны. |
Сопоставляя полученные данные с характеристиками этой таблицы, можно довольно точно определять различные виды природных каменных материалов. При этом все характеристики даны для прочных, невыветренных пород.
Плотность. Для определения средней плотности нужно иметь весы с разновесами и уметь измерить объем образца неправильной формы. Наиболее просто определяется средняя плотность материала, если имеется под рукой градуированный мерный цилиндр. Тогда, налив в него примерно 200-300 см3 воды (лучше брать цилиндр на 500 см3 – 0,5 л), опускают в него один или несколько кусков каменного материала и по вытесненному количеству воды определяют их объем. После этого, поделив их массу в граммах на полученный объем в см3, вычисляют среднюю плотность испытуемого материала в г/см3 (?ср).
Однако этот способ определения пригоден в таком виде только для плотных каменных пород, у которых водопоглощение незначительное (максимум до 2%). При водопоглощении до 5% желательно, сначала взвесив сухой образец, поместить его в воду до полного насыщения. После этого можно определять его среднюю плотность описанным выше методом. Полным считается такое насыщение, когда приращение веса в результате водопоглощения приостанавливается. Образцы камня с высокой открытой пористостью полагается перед определением их объема парафинировать. В условиях строительства более удобно окунуть куски пористого камня в расплавленный битум. Взвешивание камня при этом производится как в исходном состоянии, так и после покрытия битумом. Объем битума легко учитывается, так как его плотность –? » 1.
Следует иметь в виду, что пористые камни (туфы, некоторые известняки) обычно бывают малопрочными и легко обрабатываются. Поэтому из них можно с помощью обыкновенной ножовки по металлу изготовить образец правильной формы (куб или балочку), после чего, измерив грани, вычислить его объем.
При отсутствии мерного цилиндра большого объема для определения вытесненной воды берут любой цилиндрический сосуд (металлический), пробивают гвоздем на расстоянии 5-6 см от верха отверстие в его стенке и вставляют в это отверстие трубочку, которую можно сделать из свернутой пленки. Такую трубочку желательно укрепить с помощью пластилина. Если таким объемомером пользуются часто, трубочку делают из стали или латуни и припаивают ее к цилиндру. Такой объемомер показан на рис. 1.2. При определении объема образца неправильной формы можно обойтись без мерной посуды. В этом случае применяют гидростатическое взвешивание, основанное на законе Архимеда (рис. 1.3).
Объем образца камня, см3, определяют как разность масс камня в воздухе и воде, отнесенную к плотности воды, т.е. к 1; вычисления производят по формуле:
V = (G1 – G2)/?в,
где V – объем образца, см3;
G1 – масса образца на воздухе, г;
G2 – масса образца в воде, г;
? – плотность воды, г/см3 (?в =1).
Водопоглощение. Для определения стандартного водопоглощения материал насыщают водой в течение 24 ч. Однако в полевых условиях такой метод достаточно длителен, поэтому целесообразнее пользоваться ускоренным (упрощенным) методом определения влажности. Опыт показывает, что о водопоглощении породы можно судить по быстроте впитывания ею капли воды или чернил (чернила можно не капать, а провести жирную черту). В случае растекания капли камень может использоваться для бетонов средних марок, неответственных дорожных покрытий, фундаментов малоэтажных зданий и т.п. Порода, на образце которой капля или черта быстро расплывается (быстро впитывается), используется только на подготовку под полы, отмостку и т.п. Камни, предназначенные для использования в качестве щебня в высокопрочных бетонах, для дорожных покрытий, цоколей зданий, кладки фундаментов и т.п., почти не впитывают воду.
При определении водопоглощения следует обращать внимание на запах влажного образца: если при большом водопоглощении образцы имеют запах глины, они являются слабыми. С помощью подкрашенной воды (раствора марганцовокислого калия) можно определить слоистость и трещиноватость породы, если она не определяется визуально. Однако для этого необходимо выдерживать образцы камня в такой воде не менее 1 суток. Водопоглощение – показатель степени выветрелости и морозостойкости породы.
Морозостойкость. О морозостойкости породы можно судить по внешнему виду и по ее водопоглощению. Чем тверже порода и чем больше она содержит кварца, кремния и других твердых минералов, тем она более устойчива к атмосферным и температурным воздействиям. Повышенное содержание слюды говорит о недостаточной морозостойкости каменной породы. Нежелательно присутствие в породе пирита – серного или железного колчедана. Его кристаллы имеют кубическую форму и латунно-желтый цвет. При воздействии соляной кислотой пирит выделяет сероводород.
Внешние признаки, характеризующие пониженную морозостойкость: наличие трещин с равными, зазубренными краями; неоднородное крупнозернистое строение; наличие бурых пятен на поверхности (характерно для таких пород, как диориты, габбро и базальты), несвежий излом и тусклый блеск кристаллов на образцах; поверхностное шелушение, расслаивание и наличие рыхлых включений (характерно для известняков).
Высокое водопоглощение (более 5-6%) также указывает на пониженную морозостойкость из-за наличия трещин в породе. О морозостойкости можно судить и по прочности камня. Косвенно о морозостойкости можно судить по результатам высушивания на электрической плитке или на солнце насыщенного водой камня: если он растрескается, то порода неустойчива к атмосферным воздействиям, т.е. она неморозостойка.
При необходимости ускоренного определения морозостойкости породы поступают следующим образом. Берут примерно 10 кусков породы массой около 100 г каждый, помещают их на 1 сутки в насыщенный раствор сернокислого натрия, после чего вынимают и сушат примерно 4 ч при 100-110°С, затем охлаждают до комнатной температуры и вновь погружают в раствор сернокислого натрия на 4 ч. Такой цикл насыщения и высушивания повторяют пять раз. После этого образцы промывают водой, высушивают и осматривают. Если видимых повреждений не обнаружено, то породу можно считать морозостойкой. При этом пять циклов таких испытаний принято приравнивать к 25 циклам стандартных испытаний.
Для получения насыщенного раствора сернокислого натрия берут 300 г безводного сернокислого натрия, растворяют его в 1 л подогретой воды, охлаждают полученный раствор до комнатной температуры и дают отстояться в течение 2 суток.
Прочность – один из основных показателей качества природных каменных материалов. Большой прочностью – 100-350 МПа обладают изверженные породы – граниты, диабазы, базальты; меньшей прочностью (100-200 МПа) обладают осадочные породы – известняки, доломиты, песчаники, кварциты и др. Один из показателей прочности камня – твердость. В полевых условиях ее определяют по шкале Мооса (табл. 1.114).
В том случае, когда минералы этой шкалы отсутствуют, можно воспользоваться стальной иглой, которой чертят (царапают) породу. Твердость такой иглы принимают около 5 по шкале. На минералах твердостью выше 5 игла не оставляет следа, при твердости ниже 4 она оставляет рваную черту с зазубренными краями, а на минералах твердостью ниже 3 стальная игла оставляет ровную глубокую черту. Горные породы, твердость которых 5 и выше, достаточно прочны и допускаются в строительстве. Породы твердостью 3 и ниже без стандартных испытаний применять в строительстве не разрешается.
О прочности каменной породы можно судить по ее раскалыванию под ударом молотка или кувалды. Для пробы на прочность образец камня около 200 см3 (приблизительно 6x6x6 см) одним-двумя ударами молотка или кувалды раскалывают в щебенку. Прочный камень расколется на 2-3 куска, а непрочный или выветренный – на много мелких кусочков. При расколе песчаников замечают связь зерен с цементирующим веществом: если связь прочная, раскол происходит по зернам и цементу, а если нет – то разрушается цемент, в то время как зерна остаются целыми.
Прочность каменной породы при ударе молотком можно определить и по звуку. Для этого кусок породы кладут на ладонь и по нему наносят не очень сильный удар молотком. Плотный и прочный камень дает ощущение упругого удара и издает звонкий звук, причем после удара молоток от камня отскакивает. Неплотный, трещиноватый и непрочный камень при ударе издает глухой звук.
Водопоглощение также может характеризовать прочность камня. Если образец каменной породы имеет большое водопоглощение и это поглощение происходит быстро (см. выше), это значит, что структура образца нарушена и порода имеет повышенную пористость (трещиноватость). Существует определенная связь между водопоглощением и прочностью природных каменных материалов. Для гранитов и известняков она дана в табл. 1.116.
Таблица 1.116
| Водопоглощение, % | Прочность на сжатие, МПа |
| Граниты | |
| 0,2 | Не менее 120 |
| 0,4 | 90-110 |
| 0,6 | 70-90 |
| 0,8 | 60-70 |
| 50-60 | |
| Не более 50 | |
| Известняки и доломиты | |
| 0,5 | Около 200 |
| 170-200 | |
| 130-170 | |
| 100-130 | |
| 70-100 | |
| 50-70 | |
| Менее 50 | |
| 7-8 | Менее 15 |
Средняя плотность в некоторых случаях также может быть связана с прочностью. Так, прочность известняков повышается с увеличением их плотности. Пользуясь данными табл. 1.117, можно ориентировочно определить прочность на сжатие разных известняков.
Таблица 1.117
| Средняя плотность, кг/м3 | Прочность на сжатие известняка, МПа | |
| однородного плотного | неоднородного | |
| - | 10-20 | |
| 40-50 | 15-25 | |
| 45-70 | 25-35 | |
| 70-120 | 35-50 | |
| 90-160 | 80-150 | |
| 130-200 | - |
Наиболее достоверно определяют прочность природных каменных материалов по сумме испытаний: пробами иглой, каплей воды или чернил и по удару молотком в сочетании с внешним осмотром. Полученные данные сверяют с данными табл. 1.115 и производят таким образом оценку горной породы.
3. стены и перегородки и предъявляемые к ним требованиям.
СНиП 31-02 предъявляет к стенам дома требования по прочности и деформативности при расчетных значениях воздействий и нагрузок, пределу огнестойкости и классу пожарной опасности, долговечности. Наружные стены должны соответствовать также требованиям по сопротивлению теплопередаче из условий энергосбережения, по защите от проникновения внутрь конструкции атмосферной влаги и воздуха, по предотвращению накопления конденсата водяных паров внутри конструкции, а также по обеспечению снижения звукового давления от внешних источников шума до нормативного уровня. Внутренние стены, разделяющие жилые блоки в блокированном доме, должны удовлетворять требованиям к индексу изоляции воздушного шума.
Требования к обеспечению теплоизоляции, защиты от воздухопроницания и паропроницания стен приведены в разделе 9.
Требования к устройству наружной отделки стен, а также к обеспечению защиты от проникновения атмосферной влаги внутрь конструкций наружных стен приведены в разделе 10.