2.1.2. Природні кам’яні та в’яжучі матеріали

Кам’яні природні будівельні матеріали одержують у результаті механічної обробки гірських порід. Вони мають високу довговічність, міцність, морозостійкість, жаростійкість, красиву фактуру й широко використовуються в будівництві у вигляді блоків для кладки стін і фундаментів, плит і архітектурних елементів, для облицювання зов­нішніх і внутрішніх поверхонь будівель, виготовлення сходів, підлоги, підвіконь й інших виробів.

Призначення кам’яних природних будівельних матеріалів обумов­лює вибір гірської породи, властивості, які повинні відповідати умо­вам застосовування матеріалу або виробу.

Гірські породи ділять на три основні групи: первинні вторинні й метаморфічні.

Первинні (вивержені кристалічні й аморфні) гірські породи утво­рилися за допомогою остигання розплавленої магми. До них відносять гра­ніт, сієніт, діорит, лабрадорит, габро, базальт і діабаз. Ці матеріали мають щільну структуру, велику об’ємну вагу, високу механічну міц­ність і теплопровідність.

Пориста різновидність вивержених порід – вулканічний туф – при невеликій об’ємній вазі (1 000–1 500 кг/м³) має значну механічну міц­ність і хороші теплоізоляційні властивості. Названі кам’яні матеріали застосовують для виготовлення щебеню, фундаментів, облицювання стін і підлоги, виготовлення сходових елементів.

Вторинні гірські породи утворилися від впливу на первинні породи води, льоду, змінної температури, газів (уламкові й рихлі породи), а також у результаті осідання на дні водойм раковин і панцирів най­про­стіших організмів (осадові породи).

При руйнуванні первинних гірських порід утворюються гравій і пісок, які служать сировиною для виготовлення бетонів і розчинів.

До осадових порід відносять гіпс, доломіт, вапняні туфи.

Вапняки застосовують як сировину для виготовлення в’яжучих матеріалів, що служать основою розчинів для виготовлення кам’яної кладки, а також у якості матеріалу для стін чи облицювання.

Метаморфічні гірські породи – мармур, гнейси, кварцит – утво­ри­лись у результаті впливу на них різних зовнішніх факторів. Наприк­лад, мармур є вапняком, що утворився внаслідок тиску й високої тем­ператури і має щільну кристалічну будову.

Метаморфічні породи використають для облицювання стін, насти­лання підлог у торговельних залах великих торговельних підприємств, будівель ресторанно-готельного комплексу.

Лицювальні плити й камені виготовляють розпилюванням або роз­колюванням рваного природного каменю з наступною механічною об­робкою. Гірські породи, застосовувані для виготовлення лицювальних плит, повинні мати межу міцності на стиск не менш 5 МПа (50 кгс/см²), морозостійкість не менш F15. Плити для настилання підлог і обли­цювання стін виготовляють прямокутної форми з розмірами сторін 200–1 000 мм. Плити більших розмірів (до 3 м²) виготовляють із більш міцних порід, а менших розмірів (до 1 м²) – з менш міцних. Лицю­вальним плитам надають різноманітну фактуру лицьової поверхні – дзеркальну, шліфовану, пиляну, борознисту, рифлену.

Висока довговічність облицювань із кам’яних плит вимагає в 5–8 разів менше витрат на експлуатацію, чим обробка кольоровими роз­чинами або силікатними й вапняними фарбами. Особливо економічно ефективне застосування граніту, мармуру, вапняку, туфу в районах, де ведеться видобуток цих гірських порід.

В’яжучі матеріали одержують із природних кам’яних матеріалів (гіпсу, ангідриду, доломіту, магнезиту, вапняків) через випалю­ван­ня в печах. Шматки, отримані після випалювання, за допомогою пере­ме­лювання перетворюють у тонкодисперсний порошок. Чим менше роз­мір зерен після перемелювання (тонкість млива), тим вище активність в’яжучого. Порошок при змішуванні з водою переходить у рідкий (тістоподібний) стан, потім поступово твердіє, перетворюючись у камінь. Процес твердіння в’яжучих називається схвачуванням. Термін схвачування відраховують із моменту розбавлення в’яжучого водою. В’яжучі матеріали повинні схвачуватися тільки після того, як вони будуть укладені в форму. Повне отвердіння до необхідної міцності відбувається за звичайних температурновологісних умов через 28 діб. В’яжучі матеріали можуть твердіти на повітрі або у воді.

В’яжучі, що твердіють на повітрі, називаються повітряними, у воді – гідравлічними.

Повітряні в’яжучі – повітряне вапно, будівельний гіпс. Якщо вапно надходить на будівництво негашеним, у такому стані воно повинно гаситись водою. При гасінні вапно розпадається в тонкий білий по­рошок. При перемішуванні гашеного вапна з водою утворюється вап­няне тісто, що використають для приготування кладочних і штука­тур­них розчинів.

Будівельний гіпс одержують шляхом випалювання природного гіп­су з наступним розмелюванням у тонкодисперсний порошок. При змішуванні гіпсу з водою утворюється гіпсове тісто, що поступово густіє й переходить у затверділий стан. За наявності послідуючого після твердіння зволоження міцність затверділого гіпсу значно зни­жу­ється. В зв’язку з цим його застосовують для оштукатурювання внут­рішніх стін, виготовлення перегородок, архітектурних деталей, які надійно захищені від зволоження.

Гідравлічні в’яжучі – портландцемент, глиноземистий, вапняково-пуцолановий і вапняково-шлаковий цемент. Їх використають для приготування бетонів і розчинів. У будівництві частіше застосовують портландцемент. Його одержують через випалювання суміші вапняків і глин. Після випалювання розмелюють спечену суміш – клінкера в тонкодисперсний порошок. Цемент, замішаний з водою, перетво­рю­ється в тісто, вступає в хімічну реакцію гідратації, схвачується й по­чинає твердіти. Протягом перших трьох днів твердіння відбувається найбільш інтенсивно, потім уповільнюється й практично майже завершується на 28-й день.

Сприятливими умовами для твердіння цементного тіста вважа­ють­ся плюсові температури не нижче 15 °С й вологе середовище. Процес твердіння цементу значно прискорюється за умов підвищення темпе­ратури й вологості середовища. З цією метою вироби з гідравлічним в’яжучим піддають тепловій обробці при температурах 90 й більше °С і вологості 100 %. Тому на заводах при виготовленні виробів із бетону його твердіння штучно прискорюють шляхом підігріву (термічної обробки) паром або іншими способами. Через добу після такого ви­готовлення з термообробкою домагаються 50–70 % розрахункової міцності бетону. Набір інших 50–30 % міцності гарантується протягом 28 днів після виготовлення конструкції.

Міцність цементу характеризується його маркою. Її встановлюють за межею міцності при випробовуванні відповідно з ГОСТ 310.4 – 81 (зі змінами) на згин до руйнування спеціальних зразків, які виго­тов­ляють із розчину цементу температурою 20 + 3 ºС з піском складу 1:3 по масі і випробовують через 28 діб після виготовлення. Цементна про­мисловість випускає портландцемент марок 300, 400. 500, 550 і 600.

Міцність затверділого цементу залежить від мінералогічного скла­ду, тонкості мелива, умов і тривалості твердіння, температури й во­логості, кількості й виду активної добавки. Твердіння цементу й ріст його міцності може тривати тільки при наявності води, інакше процес гідратації мінералів припиняється. Твердіння цементу при від’ємних температурах суттєво уповільнюється або зовсім припиняється.

Транспортують цемент у спеціальних залізничних вагонах і авто­мо­білях-цементовозах, обладнаних пристосуваннями для пневматич­но­го навантаження й розвантаження, а також у багатошарових папе­рових або поліетиленових пакетах; зберігають у закритих примі­щен­нях з підлогою, що захищена від зволоження. При цьому варто вра­ховувати, що при зберіганні навіть у найсприятливіших умовах ак­тивність цементу знижується: через три місяці на 20 %, а через рік – до 40 %.

Значна кількість хімічних розчинів, ґрунтові води, поверхневі, про­мислові води, стічні води, води морів і океанів можуть бути агре­сив­ним середовищем по відношенню до затверділого цементного каме­ню, якщо вони містять кислоти, сульфіди, хлориди, натрієві, калійні, кальцієві, магнієві, амонієві солі, а також органічні сполуки. Затвер­ділий цементний камінь, що перебуває під постійним впливом агре­сивного середовища (наприклад, у фундаментах будинку), вияв­ля­єть­ся нестійким і руйнується. Тому найпершим завданням у по­перед­женні корозії є захист від зволоження. Сухий бетон не піддається пошкодженням при контакті з агресивними речовинами, якщо вони не дисоційовані у воді або не будуть виступати у вигляді вологих газів.

[Вгору] [Вниз]

2.1.3. Цегла, штучні кам’яні матеріали й будівельні розчини

Цеглу та інші різноманітні керамічні матеріали, такі як фасадні камені, лицювальні плитки (фасадну, килимову кераміку, глазуровану, для підлог), черепицю, каналізаційні та дренажні труби, керамзит – виготовляють із мінеральної сировини, переважно глиняної, шляхом її формування й наступного випалювання до закам’янілого стану.

Властивості цегли визначаються видом і якістю вихідної сировини, способом переробки, умовами формування, теплової обробки та сту­пенем її спікання, що обумовлює співвідношення кристалічної та скло­подібної складових структури. Розміри звичайної (червоної) гли­няної цегли складають 250 × 120 × 65 мм. Для зменшення об’ємної ма­си глиняної цегли при її виготовленні домішуються вигоряючі до­бавки (тирса, вугілля). Така цегла називається пористою або пусто­тілою. Міцність пустотілої цегли нижча від повнотілої, а її тепло­за­хисні якості кращі.

Для полегшення маси стін і зниження теплопровідності випус­кається також дірчаста цегла (рис. 2.1) з різною порожнистістю, а також керамічні або бетонні камені (блоки) з різними за формою й кількістю отворами. Для фасадного ряду зовнішніх стін застосовують лицьову цеглу. Вона може мати гладку, рельєфну або офактурену поверхню.