Природные каменные материалы получаются в результате несложной механической обработки (или без нее) горных пород с сохранением их физико-механических и технологических свойств. К механическим способам обработки относятся раскалывание, распиливание, шлифование, полирование, дробление. Без обработки получают гравий, песок и глину.
Горные породы используют и при получении других материалов.
4.1 Природный камень как строительный материал.
В современном строительстве с появлением современных материалов, чаще всего натуральные камни используют при внешней и внутренней облицовке зданий.
В соответствии с требованиями нормативных документов каменные материалы разделяют:
1. По плотности: на тяжелые плотностью более 1800 кг/м3 и легкие менее 1800 кг/м3
2. По пределу прочности при сжатии (МПа) на марки: для тяжелых —
от 10 до 100, для легких от 0,4 до 20.
3. По морозостойкости: на марки Мрз. 15-500 (тяжелые) и Мрз. 10—25 (легкие).
4. По водостойкости: на группы с коэффициентом размягчения не ниже 0,6, 0,75, 0,9, 1,0. Коэффициент размягчения характеризует, степень понижения прочности материала, насыщенного водой по сравнению с его прочностью в сухом состоянии.
5. По степени обработки делятся на: грубообработанные (песок, гравий, щебень, бутовый камень) и профилированные (пиленые штучные камни и блоки для стен, камни, плиты и профильные изделия для наружной и внутренней облицовки, полов, дорожного строительства).
Преимущества природного камня в строительстве:
1. Прочность. Материал устойчив к механическим воздействиям, в основном статического характера.
2. Химическая стойкость. Не вступает в реакцию с химическими элементами и не впитывает их.
3. Долговечность
4. Экологичность.
5. Влагостойкость.
6. Огнестойкость.
7. Эстетические качества.
Недостатки природного камня в строительстве:
1. Большой собственный вес. Что в свою очередь может повлиять на выбор несущих конструкций и на стоимость здания в целом.
2. Высокая стоимость.
3. Некоторые породы природного камня имеют радиационный фон.
4. Некоторые породы природного камня требуют значительных трудозатрат на добычу и обработку (например гранит, гранодиорит, кварцит).
4.2 Добыча и обработка каменных материалов
Технология изделий из горных пород связана со следующими операциями: добыча сырья, переработка и последующая обработка.
Добыча производится в карьерах, открытым способом с применением экскаваторов (песок, гравий), бурильных и ударных механизмов (брусчатка), взрыва (щебень, бутовый камень), камнерезных машин (камни правильной формы), которые затем обрабатывают для получения требуемой фактуры.
Переработка горных пород связана с раскалыванием, шлифованием, фрезерованием, механической обработкой, распиловкой, плазменной и лазерной обработкой.
Плотные горные породы, используемые для получения бута, щебня или сырья для других строительных материалов, обычно разрабатывают взрывным способом Пористые породы (известняки-ракушечники, туфы), используемые для штучных стеновых камней и блоков, разрабатывают специальными камнерезными машинами, основными режущими элементами которыхявляются дисковые пилы, имеющиерезцы, армированные твердыми сплавами.
В ряде случаев для вырезки блоков из пород средней твердости применяют дисковые и цепные пилы, снабженные алмазными режущими насадками. Производительность на породах средней твердости в 4—5 раз выше, чем на твердосплавном инструменте.
Обработка пород, предназначенных для облицовки, предусматривает следующие операции:
- распиливание или раскалывание блоков крупных размеров (4—5 м) на плиты или другие формы изделий;
- обработка кромок и поверхности изделий.
Распиловку блоков на плиты производят рамными пилами, штрипсовыми или канатными (рис. 4.1). В обоих случаях используют абразивный порошок (кварцевый песок, порошок из закаленной стали и др.), подаваемый вместе с водой под полотна пил, который и осуществляет распиливание; либо применяют пилы, армированные твердосплавными или алмазными вставками.
Для обрезки плит и получения профилированных изделий (поясков, карнизов и т.п.) применяют фрезерные и профилирующие машины. Режущим элементом в этих машинах являются диски или профилирующие детали, изготовленные из особо твердых абразивов. (рис. 4.2)
Поверхностям плит и другим изделиям придают ту или иную фактуру (рельеф поверхности). Для этого применяют ударнуюобработку твердых пород (скалывание их поверхности ударами) различными камнетесными, а также термоструйными инструментами; или абразивную обработку (распиливание, шлифовку, полировку), а также термическую обработку .
Шлифованную, лощеную и зеркальную фактуры получают на специальных шлифовально-полировальных станках (рис. 2.6). Применение при шлифовке и полировке в качестве абразивного материала мелкого и пылевидного алмаза, как и при резании, резко увеличивает производительность станков, улучшает качество изделий и снижает их стоимость.
В процессе добычи и обработки декоративного камня в карьерах и на заводах образуется много отходов. Эти отходы находят разнообразное применение в строительстве. Мелкие (5—20 мм) фракции дробленых отходов декоративных пород используют для создания отделочного слоя на бетонных стеновых панелях.
Из отходов мрамора на основе цементного вяжущего (цемент белый или цветной) или синтетических смол изготовляют крупные блоки, соответствующие по своему объему габаритам распиловочных станков. Плиты, получаемые после распиловки и полировки поверхности, хорошо имитируют природный камень.
4.3 Защита каменных материалов от преждевременного разрушения.
В процессе эксплуатации горные породы разрушаются в результате:
– физического выветривания (замерзание воды, нагревание и охлаждение летом);
– химического выветривания (некоторые вещества в порах растворяются водой и уносятся из камня, разрушение под действием сернистых газов). Карбонатные породы разрушаются под действием воды и углекислого газ с образованием бикарбоната кальция. Уже через год полированная поверхность мрамора становится матовой за счет образования Ca(HCO3)2
– биологического выветривания под действием различных микроорганизмов и растений.
Защитные мероприятия можно разделить на три группы:
– конструктивные меры (шлифование, полирование);
– физико-химические меры (пропитка поверхности гидрофобными составами);
- химические методы защиты предусматривают консервацию камня путем последовательной пропитки его верхнего слоя веществами, вследствие реакции между которыми образуются нерастворимые вещества, кольматирующие поры и микротрещины. К таким методам относят силикатизацию, флюатирование а также модификацию полимерными соединениями.
Силикатизация заключается в пропитке верхнего слоя камня раствором жидкого стекла, а затем – раствором хлористого кальция. Образуемый в результате реакции силикат кальция, является практически нерастворимым соединением.
Процесс флюатирования состоит, в обработке известняков и других пород, содержащих кальцит, водными растворами кремнефтористых солей.
Получаемые соединения осаждаются в порах, уменьшая пористость, смачиваемость,водопоглощение, скорость капиллярного подсоса воды, кроме того препятствуют загрязнению облицовки пылью.