Искусственные и натуральные материалы для строительства. Каменные материалы. Виды искусственных каменных материалов

Конструктивные слои покрытий спортивных полей и площа­док состоят из природных и искусственных строительных мате­риалов. К природным относят грунты, почвы, щебень, гравий, песок, торфы и перегной; к искусственным - шлаки в виде щебня или песка, кирпичные или черепичные щебни и крошку, высевки строительного мусора, гашеную известь. Для устройст­ва покрытий плоскостных спортивных сооружений из асфаль­тированных или резинобитумных смесей применяют битумы, дробленую резину и резиновую крошку.

Применяя тот или иной строительный материал, следует учитывать его физические свойства - удельный и объемный вес, плотность и пористость, отношение к воздействиям воды и взаи­мосвязанному действию температурных изменений, водопоглощение и влагоотдачу, гигроскопичность и водопроницаемость. При строительстве покровных слоев большое значение имеют механические свойства строительных материалов - прочность, твердость, нестираемость, их отношение к действию тепла и сопротивление разрушаемое™.

Природные материалы обладают высокими строительными качествами (долговечность, прочность, морозостойкость). Они экономичны, в большинстве случаев доступны и легко подда­ются обработке.

Щебнем называют строительный материал, получаемый дроблением горных пород, гравия или искусственных камней. Щебень относят к обломочным породам. При строительстве площадок для сооружения основания конструкции используют щебень крупностью до 40-70 мм, для промежуточного слоя конструкции - крупностью до 10-20 мм, для скелетных и отощающих добавок при приготовлении специальных и почвен­ных смесей - крупностью до 5 мм.

Гравий - материал, образовавшийся в результате естествен­ного разрушения горных пород, - представляет собой окатан­ные (с ровной поверхностью) крупные зерна. При строительстве площадок для сооружения основания конструкции исполь­зуют гравий или гравийную смесь крупностью до 40-70 мм, для промежуточного слоя-10-20 мм, для отощающих доба­вок при приготовлении специальных и почвенных смесей - 3- 5 мм. Гравийные смеси, применяемые для устройства основа­ний, по зерновому составу, морозостойкости и содержанию пы-леватых частиц не нормируются, но при сооружении промежу­точных слоев зерновой состав ограничивают содержанием фракций до 20 мм, а при использовании гравийной смеси в качестве огощающих добавок - до 5 мм.

Песок - это рыхлая смесь зерен, образовавшаяся в резуль­тате разрушения горных пород или полученная путем дробле­ния. Для строительства спортивных площадок предпочтитель­нее природный, дробленый, фракционированный песок, круп­ность которого не более 2,5 мм. Для сооружения слоев при­меняют гравилистый песок. Его укладывают в основание конструкции и вносят в качестве скелетных и отощающих до­бавок при приготовлении специальных и почвенных смесей. В качестве слоя износа для покрытия и при заполнении ям приземления, для конструктивных слоев тренировочных доро­жек применяют крупные пески, а для приготовления асфальти­рованных и резинобитумных смесей - нефракционированный мелкий песок.

Глинистые грунты - суглинок или глину - при строительстве используют в качестве вяжущих материалов, а также в ви­де заполнителя в составе специальных и почвенных смесей. Несцементированные крупнообломочные щебенистые грунты используют при сооружении основания и в промежуточных слоях конструкции. Песчаные грунты требуют предварительно­го уплотнения.

От механического состава грунта зависят его основные спе­цифические качества - прочность, влагопроницаемость и т. п.

Почва - один из основных природных строительных мате­риалов. Составными механическими элементами почвы являют­ся песчаные, пылеватые или илистые частицы. Почвы исполь­зуют для сооружения подпочвенного и почвенного слоев газон­ных покрытий, применяют в качестве компонентов в специаль­ных смесях. Почвенная смесь должна быть однородной по ме­ханическому и химическому составу. Для строительства спор­тивных площадок выбирают почву, состав которой должен быть близок к легкому суглинку. Для смеси подпочвенного слоя характерно большое содержание крупных песчаных фракций. Иногда в качестве компонента почвенных смесей применяют сброженные осадки (продукт разложения канализационных вод).

Торф (продукт перегноя) разделяют на верховой, переходный и низвдный. Структуру торфа определяют по степени раз­ложения (слаборазложившийся-15-20%, среднеразложившийся - 20-35% и хорошо разложившийся - 35-65%). Для спортивных газонов применяют только среднеразложившийся торф с зольностью 5-8%. Для строительства спортивных пло­щадок применяют торф малой зольности (в виде структурно улучшающего компонента упрутовлагоемкого слоя). В качестве компонента почвенных смесей употребляют торф большой золь­ности.

Искусственные материалы . Шлаковый щебень получают пу­тем дробления и сортировки отвальных металлургических шла­ков, образующихся в процессе доменной плавки металлов или при сжигании минерального топлива. Шлаковый щебень при­меняют в качестве скелетных и отощающих добавок к конст­руктивным слоям площадок. Для создания слоя износа покры­тий применяют шлаковые пески, малоактивные шлаки и коксо­вую крошку.

Кирпичный иди черепичный щебень изготавливают путем дробления и сортировки кирпичного лома. Щебень (в неболь­шом количестве) могут заменить высевки строительного му­сора .

Для устройства слоя износа при сооружении покрытий кир­пичная крошка должна быть мелкой и ровной. В состав спе­циальных и почвенных смесей добавляют известь-пушонку. Ее получают путем гашения комовой извести с последующим просевом.

Битумы для приготовления смесей выбирают с учетом тем­пературных условий, в которых предстоит эксплуатировать покрытие.

Резиновую крошку приготавливают из отходов резины фрак­цией не более 2 мм. Крошка содержит частицы размером 0,1 мм (ие более 5%), влажность ее не должна превышать 1,5%.

В отдельных случаях в качестве модифицирующего элемен­та в резиновую крошку добавляют жидкий пиридиновый каучук.

Минеральный порошок - это измельченный известняк или доломит. Его применяют в качестве компонента вяжущего ве­щества- смеси битума или битумной пасты - при подготовке асфальтобитумных покрытий. Порошок должен быть чистым, сухим, рыхлым, тонкого помола (за исключением глинистых частиц).

Строительные каменные материалы - обширная группа строительных материалов и изделий камневидного строения. Различают каменные материалы природные, получаемые механической обработкой (иногда и без специальной обработки) горных пород и искусственные, производимые технологической переработкой исходного минерального сырья. Благодаря высоким строительным качествам (долговечности, прочности, морозостойкости и др.), распространённости и неограниченным запасам природного сырья, каменные материалы широко применяются в современном строительстве. Они являются основными строительными материалами для возведения жилых, общественных, промышленных зданий и различных инженерных сооружений. По форме каменные материалы делятся на материалы, состоящие из кусков неправильной формы (бутовый камень , щебень), и штучные изделия, имеющие правильную форму (блоки, плиты, фасонные изделия). В зависимости от плотности (объёмной массы) каменные материалы разделяют на тяжёлые (более 1800 кг/м3), лёгкие (от 1800 до 1200 кг/м3) и особо лёгкие (менее 1200 кг/м3). Искусственные каменные материалы, используемые в качестве теплоизоляционных материалов, могут иметь плотность в пределах 500 кг/м3.

Основной показатель каменные материалы - предел прочности при сжатии, характеризуемый маркой. По этому признаку каменные материалы делятся на прочные - от 10 до 300 Мн/м2 (1 Мн/м2 " 10 кгс/см2), средней прочности - 2,5-10 Мн/м2 и малопрочные - 0,4-5 Мн/м2. Прочность каменные материалы при растяжении в 7-15 раз ниже прочности при сжатии, поэтому искусственные каменные материалы часто армируют волокнистыми материалами (асбестом, стеклянным или органическим волокном) или металлом (стальная арматура). каменные материалы, используемые в наружных конструкциях, должны обладать определённой степенью морозостойкости и водостойкости. В зависимости от областей применения каменные материалы оценивают также по водопоглощению, кислотостойкости, степени истираемости и т.п.

Природные каменные материалы по способам их механической обработки делятся на следующие основные разновидности: песок и гравий, получаемые просеиванием и промывкой соответствующих рыхлых горных пород; бутовый камень, добываемый главным образом разработкой (при взрывных работах) известняков, песчаников и др. осадочных пород; щебень, получаемый дроблением горных пород; пилёные камни и блоки, выпиливаемые из лёгких горных пород (туфы, ракушечники и др.) непосредственно в карьере камнерезными машинами; облицовочные камни, плиты и фасонные изделия (см. Отделочные материалы), изготовляемые на специализированных камнеобрабатывающих предприятиях из декоративных горных пород (мрамор, гранит, известняк и др.).

К природным каменные материалы, в зависимости от их назначения (гидротехнические сооружения, дорожное строительство, наружная или внутренняя отделка зданий), предъявляют различные требования, установленные соответствующими СНиП и ГОСТами. Наиболее распространённые природные каменные материалы - песок , гравий и щебень - широко применяются в качестве заполнителей при изготовлении бетонов и растворов строительных. Бутовый камень служит в основном для кладки фундаментов зданий, подпорных стен и т.п. Пилёные камни и блоки используются главным образом как местные стеновые материалы. Облицовочные камни, плиты и фасонные изделия с различным характером поверхности (фактуры) - колотые, тёсаные, шлифованные и полированные - применяют в большом объёме для наружной и внутренней отделки зданий, настилки полов, изготовления ступеней, парапетов, ограждений и др. Этому способствуют их высокие декоративные качества и долговечность, а также снижение их стоимости в результате внедрения новейших методов обработки (алмазного инструмента, термообработки, способов механизированного раскалывания и др.).

Горные породы широко используют в качестве сырья для изготовления разнообразных искусственных каменные материалы (например, керамики, стекла, теплоизоляционных материалов), а также неорганических вяжущих веществ (гипса, извести и цемента). В производстве этих материалов и изделий применяют технологические процессы, изменяющие состав, строение и свойства природных каменные материалы Искусственные каменные материалы могут быть получены следующими основными способами формования: из глиняных и др. керамических масс с последующим обжигом (кирпич глиняный, камни керамические); из силикатных расплавов (каменное литьё, шлаковое литьё, стеклянные изделия); из смесей, содержащих вяжущее вещество, - изделия из бетонов и строительных растворов (например, бетонные, железобетонные и силикатобетонные панели и блоки, силикатный кирпич и др.).

ИЗВЕСТНЯК , осадочная порода, сложенная преимущественно карбонатом кальция - кальцитом. Благодаря широкому распространению, легкости обработки и химическим свойствам известняк добывается и используется в большей степени, чем другие породы, уступая только песчано-гравийным отложениям. Известняки бывают разных цветов, включая черный, но чаще всего встречаются породы белого, серого цвета или имеющие коричневатый оттенок. Объемная плотность 2,2-2,7. Это мягкая порода, легко царапающаяся лезвием ножа. Известняки бурно вскипают при взаимодействии с разбавленной кислотой. В соответствии со своим осадочным происхождением имеют слоистое строение. Чистый известняк состоит только из кальцита (редко с небольшим содержанием другой формы карбоната кальция - арагонита). Присутствуют и примеси. Двойной карбонат кальция и магния - доломит - обычно содержится в переменных количествах, и возможны все переходы между известняком, доломитовым известняком и горной породой доломитом. В процессе отложения известняка водой привносятся также глинистые частицы, порода становится глинистой, стираются четкие границы между известняком, глинистым известняком и глинистым сланцем. Кремень тоже является обычной примесью; он нередко присутствует в форме желваков (кремневых конкреций) или в виде более или менее явно выраженных слоев. При метаморфизме, по мере того, как перекристаллизация кальцита охватывает всю породу и возникает мозаичная структура (агрегат из четко ограниченных плотно прилегающих друг к другу изометричных зерен приблизительно одинакового размера), известняк постепенно превращается в мрамор.

Существует много разновидностей известняка. Ракушечником называют скопления обломков раковин, сцементированных в ячеистый агрегат. Если раковины имеют микроскопическую величину, образуется слабосвязанная, мягкая, тонко крошащаяся, мажущая порода - мел. Оолитовый известняк состоит из мелких, размером с рыбьи икринки, сцементированных между собой шариков. Ядро каждого такого шарика-оолита может быть представлено песчинкой, обломком раковины или частицей какого-либо другого инородного материала. Если шарики более крупные, величиной с горошину, их называют пизолитами, а породу - пизолитовым известняком. Травертин - известняк, образовавшийся на поверхности в результате осаждения карбоната кальция (кальцита или арагонита) из воды углекислых источников. Если такие отложения сильно пористые (губчатые), их называют известковым туфом. Мергель представляет собой несцементированную смесь карбоната кальция и глины. Названия некоторых разновидностей известняка обусловлены возможным направлением его практического использования. Например, литографический известняк - это исключительно плотный, компактный и однородный камень, применяемый в литографии.

Хотя известняки могут образовываться в любых пресноводных и морских бассейнах, преобладающее большинство этих пород имеет морское происхождение. Иногда они осаждаются, подобно соли и гипсу, из воды испаряющихся озер и морских лагун, но, по-видимому, бульшая часть известняков отложилась в морях, не испытавших интенсивного высыхания. По всей вероятности, формирование большинства известняков начиналось с извлечения живыми организмами карбоната кальция из морской воды (для построения раковин и скелетов). Эти остатки отмерших организмов в изобилии накапливаются на морском дне. Самым ярким примером аккумуляции карбоната кальция служат коралловые рифы. В некоторых случаях в известняке различимы и узнаваемы отдельные раковины. В результате волно-прибойной деятельности и под влиянием морских течений рифы разрушаются. К известковым обломкам на морском дне добавляется карбонат кальция, осаждающийся из насыщенной им воды. В образовании более молодых известняков участвует также кальцит, поступающий из разрушенных более древних известняков.

Известняки встречаются почти на всех материках, за исключением Австралии. Они сформировались в разные геологические эпохи. Мощность пластов варьирует от нескольких сантиметров до сотен метров. Известняки распространены в США и занимают 75% площади страны. В России известняки обычны в центральных районах европейской части, а также распространены на Кавказе, Урале и в Сибири.

Известняки (в широком понимании) имеют чрезвычайно многообразные области применения. Они используются в виде кускового известняка, щебня, штучного (пильного, стенового) и бутового камня, облицовочных плит, минеральной крошки, дробленого песка, минерального порошка, минеральной ваты, известняковой муки. Основные потребители - цементная промышленность (известняк, мел и мергель), строительство (получение строительной извести, бетонов, штукатурки, строительных растворов; кладка стен и фундаментов; декоративно-облицовочные работы и т.д.), дорожное и железнодорожное строительство, каменная наброска для защиты берегов и гидротехнических сооружений, металлургия (известняк и доломит - флюсы и огнеупоры, переработка нефелиновых руд на глинозем, цемент и соду), сельское хозяйство (известняковая мука в агротехнике и животноводстве), нефте- и коксохимическая, пищевая (особенно сахарная), целлюлозно-бумажная, стекольная (известняк, мел, доломит), кожевенная (известняк), резиновая, кабельная, лакокрасочная промышленность (мел как наполнитель). Другие области применения - полировка изделий из цветных металлов и перламутра (известняк), электросварка (мел для покрытия электродов), писчие мелки (мел), теплоизоляция строительных конструкций и технологического оборудования (минеральная вата) и т.д.

В России известняк добывается карьерами в Подмосковье, Ленинградской (облицовочный), Архангельской, Вологодской, Тульской, Белгородской, Воронежской областях, в Предуралье (Пермская область) и Поволжье, Краснодарском крае, на Северном Кавказе, на Урале, в ряде районов Восточной Сибири. Из подмосковных мячковских известняков возводились храмы и другие постройки Москвы белокаменной. Сырьевые ресурсы карбонатного сырья (известняка, мела, мергеля, доломита) в стране практически неисчерпаемы, хотя распределены очень неравномерно. В Донецкой области на Украине находится крупнейшее в Европе Еленовское месторождение известняка и доломита.

ГРАВИЙ (от франц. gravier), рыхлая горная порода, состоящая из более или менее скатанных обломков горных пород и (реже) различных минералов размером в поперечнике от 1 до 10 мм (по другим данным, от 2 до 20 мм ). По размеру гравий можно подразделить на мелкий (1-2,5 мм ), средний (2,5-5 мм ) и крупный (5-10 мм ). По происхождению гравий подразделяют на речной, озёрный, морской и ледниковый. гравий применяется как строительный материал, в качестве крупного заполнителя для бетона, в дорожном строительстве. Сцементированный гравий называется гравелитом.

ГРАНИТ , самая распространенная горная порода в континентальной земной коре. Это явнокристаллическая крупно-, средне- или мелкозернистая массивная изверженная порода, образовавшаяся в результате медленного остывания и затвердевания на большой глубине магматического расплава. Гранит может сформироваться также при метаморфизме, в результате процессов гранитизации различных пород. Отдельным гранитным массивам зачастую приписывается то магматическое, то метаморфическое, а то и смешанное происхождение.

Окраска гранита преимущественно светло-серая, но нередки также розовые, красные, желтые и даже зеленые (амазонитовые) граниты. Строение обычно равномернозернистое, большинство зерен имеет неправильную форму вследствие стесненного роста при массовой кристаллизации. Встречаются порфировидные граниты, в которых на фоне мелко- или среднезернистой основной массы выделяются крупные кристаллы полевых шпатов, кварца и слюды. Главные породообразующие минералы гранита - полевой шпат и кварц. Полевой шпат представлен в основном одним или двумя видами калиевого полевого шпата (ортоклазом и/или микроклином); кроме того, может присутствовать натриевый плагиоклаз - альбит или олигоклаз. Цвет гранита, как правило, определяет преобладающий в его составе минерал - калиевый полевой шпат. Кварц присутствует в виде стекловидных трещиноватых зерен; обычно он бесцветен, в редких случаях имеет голубоватый оттенок, который может приобретать вся порода. В меньших количествах гранит содержит один или оба самых обычных минерала группы слюд - биотит и/или мусковит, а кроме того, рассеянную вкрапленность акцессорных минералов - микроскопических кристалликов магнетита, апатита, циркона, алланита и титанита, иногда ильменита и монацита. Спорадически наблюдаются призматические кристаллы роговой обманки; в числе акцессориев могут появляться гранат, турмалин, топаз, флюорит и др.

С увеличением содержания плагиоклаза гранит постепенно переходит в гранодиорит. С уменьшением содержания кварца и калиевого полевого шпата гранодиорит происходит постепенный переход в кварцевый монцонит, а затем - кварцевый диорит. Граниты с низким содержанием темноцветных минералов называют лейкогранитами.

В краевых зонах гранитных массивов, где быстрое остывание магмы задерживает рост кристаллов породообразующих минералов, гранит постепенно переходит в тонкозернистые разности. К гранит-порфирам относят разновидность гранита, состоящую из отдельных крупных зерен (вкрапленников), погруженных в более мелкозернистую основную массу, которая состоит из мелких, но еще различимых глазом кристаллов. В зависимости от присутствия второстепенных, преимущественно темноцветных, минералов различают несколько разновидностей гранита, например, роговообманковый, мусковитовый или биотитовый.

Главная форма залегания гранита - батолиты, представляющие собой огромные массивы площадью от сотен до тысяч квадратных километров и мощностью 3-4 км. Граниты могут залегать в виде штоков, даек и интрузивных тел иной формы. Иногда гранитная магма образует послойные инъекции, и тогда граниты образуют серию пластообразных тел, чередующихся с пластами осадочных или метаморфических пород. Граниты широко распространены на всех материках. Чаще всего они выходят на поверхность в областях, сложенных древними породами, где в результате эрозионно-денудационных процессов были разрушены перекрывающие их отложения. В США граниты распространены вдоль побережья Атлантического океана (от шт. Мэн на севере до шт. Джорджия на юге), слагают крупные массивы на севере страны, в центральной части плато Озарк, в горах Блэк-Хилс и Передовом хребте Скалистых гор. В России граниты широко распространены в Карело-Кольском регионе, на Урале, в Восточной Сибири, на Дальнем Востоке, Кавказе и др.

Гранит давно используется человеком как строительный камень благодаря однородной структуре, приятной окраске, большой прочности и довольно простым способам добычи и обработки. Основные недостатки гранита - шероховатая поверхность, аккумулирующая грязь и копоть, а также быстрое растрескивание или выкрашивание при пожаре. Примерно половина добываемого гранита (по стоимости) находит применение в качестве штучного (пильного, или стенового, а также облицовочного) камня, т. е. блоков или плит, а другая половина - в дробленом и измельченном виде. Из штучного камня изготавливают памятники. В США гранит добывается главным образом в Вермонте, Джорджии, Южной Дакоте и Висконсине. Дробленый и измельченный гранит (гранитный щебень и отчасти бут) используется в основном в производстве бетона, для дорожных покрытий, в качестве каменной наброски и железнодорожного балласта. Главные производители гранитного щебня и бутового камня в США - штаты Калифорния, Северная Каролина, Джорджия, Южная Каролина и Вермонт.

В России известно более 50 месторождений гранита, пригодного для использования в качестве штучного камня, а также бута и щебня, - на Карельском перешейке, в Прионежье и Приладожье, Архангельской и Воронежской областях, на Урале (в Свердловской и Челябинской областях), в Приморье и Хабаровском крае, Восточном Забайкалье и др. Особенно декоративны граниты-рапакиви Северо-Запада России и амазонитовые граниты Забайкалья и Ильменских гор на Урале. Некоторые месторождения разрабатываются периодически, главным образом на бут и щебень, но по мере надобности там добывают гранитные блоки, которые режут на облицовочные плиты, обтесывают на штучный камень или используют в монументальной скульптуре. Крупные месторождения высокосортного облицовочного гранита расположены на Украине (в Житомирской и других областях); некоторые из них эксплуатируются преимущественно на бут и щебень

Дорожно-строительные работы, комплекс строительных работ, включающий устройство земляного полотна и дорожной одежды, а также искусственных сооружений и дорожно-эксплуатационных построек. В более узком аспекте дорожно-строительные работы ограничиваются строительством самой автомобильной дороги, т. е. возведением земляного полотна и дорожных одежд, а в населённых пунктах устройством скоростных дорог, изолированных от пешеходов, созданием развязок в разных уровнях, тротуаров и площадей, строительством подземных тоннелей и наземных эстакад. В качестве дорожно-строительных материалов применяют грунты , например глины, суглинки, супеси , пески (для земляного полотна); щебень , песок , гравий , битум, портландцемент, асфальтобетон, цементобетон (для покрытий), асфальтовая крошка ; различные поверхностно-активные добавки, улучшающие свойства материалов покрытий, а также готовые изделия в виде блоков, труб, бортовых камней и т.п. Строительство дороги начинается с подготовительных работ: очистки местности от леса, кустарника, камней и др. При земляных работах на строительстве насыпей высотой до 1 м основными дорожными машинами являются автогрейдеры или бульдозеры, перемещающие и разравнивающие грунт, и катки, уплотняющие земляное полотно. На строительстве насыпей высотой до 2 м и более основные машины - скрепер, автогрейдер и каток. Для перемещения грунта используются экскаваторы, автомобили, транспортные тележки.

При строительстве дорог количество последовательных участков (так называемых захваток) и необходимых дорожных машин зависит от характера основания и типа покрытия. Например, технологический процесс при постройке асфальтобетонного покрытия может включать возведение нижнего слоя основания из песка, верхнего из щебня, обработанного цементом, двух слоёв из битумо-минеральных смесей и покрытия из асфальтового бетона. Последовательность выполнения работ следующая: транспортировка песка, его разравнивание и уплотнение; доставка щебня, цемента и воды; перемешивание; транспортировка готовой битумо-минеральной и асфальтобетонной смеси; разравнивание и уплотнение. Для различных дорожных одежд технологический процесс изменяется, но основные операции - транспортировка материалов, укладка, разравнивание, уплотнение - остаются.

Наиболее прогрессивным методом дорожно-строительных работ является поточный, при котором все работы на отдельных участках одинаковой длины ведутся специализированными подразделениями, движущимися вдоль дороги одно за другим в определённой технологической последовательности. Длина участков, как правило, составляет 200-600 м