Основы научных исследований

1. магматические (первичные)
2. осадочные (вторичные)
3. метаморфические (видоизменённые)

1) Изверженные (первичные) горные породы образовались при остывании поднявшейся из глубин земли расплавленной магмы. Строения и свойства изверженных горных пород в значительной степени зависят от условий остывания магмы, в связи с чем эти породы подразделяют на глубинные и излившиеся.

Глубинные горные породы образовались при медленном остывании магмы в глубине земной коры при больших давлениях вышележащих слоёв земли, что способствовало формированию пород с плотной зернисто-кристаллической структурой, большой и средней плотностью, высоким пределом прочности при сжатии. Эти породы обладают малым водопоглощением и высокой морозостойкостью. К этим породам относят гранит, сиенит, диорит, габбро и др.

Излившиеся породы образовались в процессе выхода магмы на земную поверхность при сравнительно быстром  и неравномерном охлаждении. Наиболее распространёнными излившимися  породами являются порфир, диабаз, базальт, вулканические рыхлые породы.

2) Осадочные (вторичные) горные породы образовались из первичных (изверженных) горных пород под воздействием температурных перепадов, солнечной радиации, действия воды, атмосферных газов и др. В связи с этим осадочные горные породы подразделяют на обломочные (рыхлые), химические и органогенные.

К обломочным рыхлым горным породам относят гравий, щебень, песок, глину.

Химические осадочные  породы: известняк, доломит, гипс.

Органогенные горные породы: известняк-ракушечник, диатомит, мел.

3) Метаморфические (видоизменённые) горные породы образовались из  изверженных и осадочных горных  пород под влиянием высоких  температур и давлений в процессе  поднятия и опускания земной  коры. К ним относят глинистый сланец, мрамор,кварцит.

Классификация и  основные виды природных каменных материалов

Природные каменные материалы  и изделия получают путём обработки  горных пород.

По способу получения  каменные материалы подразделяют на:

• рваный камень (бут) — добывают взрывным способом
• грубоколотый камень — получают раскалыванием без обработки
• дроблёный — получают дроблением (щебень, искусственный песок)
• сортированный камень (булыжник, гравий).

Каменные материалы по форме делят на

• камни неправильной формы (щебень, гравий)
• штучные изделия, имеющие правильную форму (плиты, блоки).

Щебень — остроугольные куски горных пород размером 5-70 мм, получаемые при механическом или природном дроблении бута (рваный камень) или естественных камней. Его используют в качестве крупного заполнителя для приготовления бетонных смесей, устройства оснований.

Гравий — окатанные куски горных пород размером 5-120 мм, также используется для приготовления искусственных гравийно-щебёночных смесей.

Песок — рыхлая смесь зёрен горных пород размером 0,14-5 мм. Он образуется обычно в результате выветривания горных пород, но может быть получен и искусственным путём — дроблением гравия, щебня, и кусков горных пород.

Гидратационные (неорганические) вяжущие вещества

1. Воздушные вяжущие вещества.
2. Гидравлические вяжущие вещества.

Гидратационными (неорганическими) вяжущими веществами называют тонко  измельчённые материалы (порошки), которые  при смешивании с водой образуют пластичное тесто, способное в процессе химического взаимодействия с ней  затвердевать, набирать прочность, связывая при этом в единый монолит введённые в него заполнители, обычно каменные материалы (песок, гравий, щебень), образуя тем самым искусственный камень типа песчаника, конгломерата.

Гидратационные вяжущие  подразделяют на:

• воздушные (твердеющие и набирающие прочность только в воздушной среде)
• гидравлические (твердеющие во влажной, воздушной среде и под водой).

Строительная  воздушная известь (CaO) — продукт умеренного обжига при 900—1300 °C природных карбонатных пород (CaCO₃), содержащих до 8 % глинистых примесей (известняк, доломит, мел и др.). Обжиг осуществляют в шахтах и вращающихся печах. Наиболее широкое распространение получили шахтные печи. При обжиге известняка в шахтной печи движущийся в шахте сверху вниз материал проходит последовательно три зоны: зону подогрева (сушка сырья и выделение летучих веществ), зону обжига (разложение веществ) и зону охлаждения. В зоне подогрева известняк нагревается до 900 °C за счёт тепла поступающего из зоны обжига от газообразных продуктов горения. В зоне обжига происходит горение топлива и разложение известняка (CaCO₃) на известь (CaO) и диоксид углерода (CO₂) при температуре 1000—1200 °C. В зоне охлаждения обожжённый известняк охлаждается до 80-100 °C двигающимся снизу вверх холодным воздухом.

В результате обжига полностью  теряется двуокись углерода и получается комовая, негашёная известь в  виде кусков белого или серого цвета. Комовая негашёная известь является продуктом, из которого получают разные виды строительной воздушной извести: молотую порошкообразную негашёную  известь, известковое тесто.

Строительную воздушную  известь различного вида используют при приготовлении кладочных и штукатурных растворов, бетонов низких марок (работающих в воздушно-сухих условиях), изготовлении плотных силикатных изделий (кирпича, крупных блоков, панелей), получении смешанных цементов.

Гидротехнические и гидромелиорационные сооружения и конструкции работают в условиях постоянного воздействия воды. Эти тяжёлые условия эксплуатации конструкций и сооружений требуют применения вяжущих веществ, обладающих не только необходимыми прочностными свойствами, но и водостойкостью, морозостойкостью и коррозионной стойкостью. Такими свойствами обладают гидравлические вяжущие вещества.

Гидравлическую  известь получают умеренным обжигом природных мергелей и мергелистых известняков при 900—1100 °C. Мергель и мергелистый известняк идущие для производства гидравлической извести содержат от 6 до 25 % глинистых и песчаных примесей. Её гидравлические свойства характеризуются гидравлическим (или основным) модулем (m), представляющим отношение в процентах содержания окислов кальция к содержанию суммы окислов кремния, алюминия и железа:

Гидравлическая известь — медленно схватывающееся и медленнотвердеющее вещество. Её применяют для приготовления строительных растворов, низкомарочных бетонов, лёгких бетонов, при получении смешанных бетонов.

Портландцемент

Гидравлическое вяжущее  вещество, получаемое путём совместного, тонкого помола клинкера и двуводного гипса.

Клинкер — продукт обжига до спекания (при t>1480 °C) однородной, определённого состава природной или сырьевой смеси известняка или гипса. Сырьевую массу обжигают во вращающихся печах.

Портландцемент как вяжущее  вещество используют при приготовлении  цементных растворов и бетонов.

Шлакопортландцемент — в своём составе имеет гидравлическую добавку в виде гранулированного, доменного или электротермофосфорного шлака, охлаждаемого по специальному режиму. Его получают путём совместного помола портландцементного клинкера (до 3,5 %), шлака (20-80 %), и гипсового камня (до 3,5 %). Шлакопортландцемент характеризуется медленным нарастанием прочности в начальные сроки твердения, однако в дальнейшем скорость нарастания прочности возрастает. Он чувствителен к окружающей температуре, стоек при воздействии на него мягких сульфатных вод, имеет пониженную морозостойкость.

Карбонатный портландцемент получают путём совместного помола цементного клинкера с 30 % известняка. Он обладает пониженным тепловыделением при твердении, повышенной стойкостью.

Марка портландцемента — условное обозначение, выражающее минимальные требования к пределу прочности при сжатии образцов из стандартного цементного раствора, изготовленных, твердевших и испытанных в условиях и в сроки, установленные нормативной документацией (ГОСТ 10178, ГОСТ 310). Марку портландцемента получают путём округления в низшую сторону до целых значений (400, 500, 550 и 600) прочностного ряда в кг/см², определяемого соответствующим стандартом (например, в данном случае, ГОСТ 10178), величин прочности при сжатии образцов — половинок призм размером 4×4×16 см, предварительно испытанных на прочность при изгибе в возрасте 28 суток. Образцы изготавливаются (ГОСТ 310) из растворной смеси 1:3 на стандартном нормальном песке при В/Ц близком к 0,40, хранятся до испытаний в течение суток при влажности не менее 90 %, а затем до 28 суток в воде при температуре 20±2 °C.

Для отнесения цемента  к определённой марке, кроме нормируемых  значений прочности при сжатии в  возрасте 28 суток, должны быть также  определены нормируемые значения прочности  при изгибе, а для быстротвердеющего  портландцемента и шлакопортландцемента, кроме прочности в 28 суток, также нормируемые значения прочности при сжатии и изгибе в возрасте 3 суток.

Активность цемента, используемая для расчётов состава бетона и  др. смесей, является показателем прочности  на сжатие образца размером 4×4×16 см в возрасте 28 суток.

Кроме предусмотренных ГОСТ 10178 марок 400, 500, 550 и 600, производитель  цемента по техническим условиям может выпускать цементы более  низких (300, 200) или более высоких  марок (700 и выше).

Наряду с характеристикой  прочности цемента путём отнесения  его к той или иной марке, нормативные  документы (ГОСТ 30515, ГОСТ 30744, ГОСТ 31108) предусматривают возможность отнесения  цемента к определённому классу прочности.

Строительные растворы

Строительные растворы представляют собой тщательно отдозированные мелкозернистые смеси, состоящие из неорганического вяжущего вещества (цемент, известь, гипс, глина), мелкого заполнителя (песка, дроблёного шлака), воды и в необходимых случаях добавок (неорганических или органических). В свежеприготовленном состоянии их можно укладывать на основание тонким слоем, заполняя все его неровности. Они не расслаиваются, схватываются, твердеют и набирают прочность, превращаясь в камневидный материал.

Строительные растворы используют при каменных кладках, отделочных, ремонтных  и др. работах. Их классифицируют по средней плотности: тяжёлые с средней ρ=1500 кг/м³, лёгкие со средней ρ<1500 кг/м³. По назначению: гидроизоляционные, талтопогенные, инъекционные, кладочные, отделочные и др.

Растворы приготовленные на одном виде вяжущего вещества, называют простыми, из нескольких вяжущих веществ смешанными (цементно-известковый).

Строительные растворы приготовленные на воздушных вяжущих, называют воздушными (глиняные, известковые, гипсовые). Состав растворов выражают двумя (простые 1:4) или тремя (смешанные 1:0,5:4) числами, показывающие объёмное соотношение количества вяжущего и мелкого заполнителя. В смешанных растворах первое число выражает объёмную часть основного вяжущего вещества, второе — объёмную часть дополнительного вяжущего вещества по отношению к основному. В зависимости от количества вяжущего вещества и мелкого заполнителя растворные смеси подразделяют на жирные — с содержанием большого количества вяжущего вещества. Нормальные — с обычным содержанием вяжущего вещества. Тощие — содержащие относительно небольшое количество вяжущего вещества (малопластичные).

Для приготовления строительных растворов лучше использовать песок  с зёрнами, имеющими шероховатую  поверхность. Песок предохраняет раствор  от растрескивания при твердении, снижает  его стоимость.

Гидроизоляционные растворы (водонепроницаемые) — цементные растворы состава 1:1 — 1:3,5 (обычно жирные), в которые добавляют алюминат натрия, нитрат кальция, хлористое железо, битумную эмульсию.

Для изготовления гидроизоляционных  растворов используют портландцемент, сульфатостойкий портландцемент. В качестве мелкого заполнителя в гидроизоляционных растворах используют песок.

Кладочные строительные растворы — используют при кладке каменных стен, подземных сооружений. Они бывают цементно-известковые, цементно-глиняные, известковые и цементные.

Отделочные (штукатурные) растворы — подразделяют по назначению на наружные и внутренние, по расположению в штукатурке на подготовительные и отделочные.

Акустические  растворы — лёгкие растворы, обладающие хорошей звукоизоляцией. Приготовляют эти растворы из портландцемента, шлакопортландцемента, извести, гипса и др. вяжущих веществ с использованием в качестве заполнителя лёгких пористых материалов (пемзы, перлита, керамзита, шлака).

Стекло и стеклянные изделия

Стекло — переохлаждённый расплав сложного состава из смеси силикатов и других веществ. Отформованные стеклянные изделия подвергают специальной термической обработки — отжигу.

Оконное стекло выпускают  в листах размером до 3210×6000 мм. Стекло в соответствии с его оптическими искажениями и нормируемыми пороками подразделяют на марки М0-М7.

По толщине стекло делят  на:

• одинарное (толщиной 2 мм)
• полуторное (2,5 мм)
• двойное (3 мм)
• утолщённое (4-10 мм).