3.5. Метаморфические горные породы

В строительстве часто применяют метаморфические или видо­измененные горные породы: гнейсы, глинистые сланцы, мраморы и кварциты.

Гнейсы образовались из гранита в результате перекристалли­зации под большим давлением и по минералогическому составу сход­ны с ним. Гнейсы имеют сланцевое строение. Эта их особенность ска­зывается на сопротивлении их обработке: они сравнительно легко раскалываются вдоль слоев и трудно — в перпендикулярном направ­лении. Физико-механические свойства их близки к свойствам грани­та. Но гнейсы менее морозостойки и атмосферостойки. Плотность и прочность их мало отличаются от гранитов, они имеют светлую или пеструю окраску. Применяют гнейсы в виде плит для облицовки, в виде бутового камня для кладки фундаментов, для устройства тро­туаров.

Глинистые сланцы — твердая глинистая порода сланцевого строения, образовалась из глины, уплотнившейся и частично пере­кристаллизовавшейся под влиянием большого давления и высоких температур. Глинистые сланцы не размокают в воде и не переходят в пластическое состояние. Цвет имеют темно-серый, легко раскалыва­ются на тонкие ровные плитки, применяемые как самый долговеч­ный кровельный материал (природный шифер).

Мраморы образовались из известняков (реже из доломитов) в результате их перекристаллизации под воздействием высоких темпе­ратур и давлений. Имеют зернисто-кристаллическую структуру. Кри­сталлы часто видны невооруженным глазом и прочно соединены ме­жду собой без всякого цементирующего вещества. Мрамор бывает белоснежный или розовый, желтый, красный, черный и других цве­тов. Различные примеси (оксиды железа, частицы углерода) придают мрамору пеструю окраску с различными узорами, повышающими де­коративность камня. Плотность 2700...2900 кг/м³, предел прочности при сжатии 100...300 МПа. Твердость мрамора невелика и составляет 3...4 единицы по шкале Мооса. Мраморы сравнительно легко распи­ливаются на плиты, шлифуются и полируются. Мрамор относится к числу лучших отделочных материалов, обладающих высокой декора­тивной ценностью. Применяют мрамор для внутренней облицовки стен, ступеней, лестниц и других изделий. Мраморную крошку широ­ко используют для цветных штукатурок и декоративного бетона. Для наружной облицовки зданий применять мрамор не рекомендуется. Под влиянием атмосферных факторов мрамор быстро выветривается, темнеет, теряет блеск полировки.

Кварцит образовался в результате перекристаллизации зерен кварца и срастания их с кремнистым песчаником в однородную массу. Кварцит имеет высокую прочность (100...450 МПа), огнеупор­ность (до 1710...1770 °С), стойкий против выветривания. Плотность 2500...2700 кг/м³. Кварциты бывают темно-вишневого, красного, ли­лового, а иногда и зеленого цвета. Вследствие большой твердости кварциты трудно обрабатывать. Применяют кварциты для изготовле­ния подферменных камней в мостах, в виде бута, щебня и брусчатки для мощения дорог, для облицовки зданий, а также как сырье для производства динасовых огнеупорных изделий.

3.6. Разработка, обработка и защита каменных материалов от разрушения

Разведку и разработку (добычу) горных пород из недр Земли называют горными работами. Такие работы основаны на широкой механизации всех производственных операций.

Способы добычи горных пород зависят от условий их залегания, прочности и твердости, формы и размеров будущих изделий.

Разработку горных пород, которые залегают неглубоко или вы­ходят на поверхность Земли, ведут открытым способом в карьерах экскаваторами, гидромеханическим способом, камнерезными маши­нами, взрывным способом и т.д.

Разработку горных пород, залегающих на большой глубине, ве­дут закрытым способом в шахтах или каменоломнях камнерезными машинами, снабженными твердыми дисковыми или цепными пила­ми. Для получения бутового камня и щебня глыбы разрабатывают взрывным способом.

Для вырезки блоков из массивных пород применяют дисковые пилы, снабженные алмазными режущими насадками. При отделении глыб слоистых, сланцевых, столбчатых пород применяют механиче­ские средства (клинья, механические лопаты и др.). Рыхлые горные породы (песок, гравий, глины) добывают открытым способом с помо­щью одно- и многоковшовых экскаваторов. Добытые глыбы, блоки пе­ревозят на камнеобрабатывающие заводы, где их подвергают обра­ботке, в результате которой камень приобретает заданные размеры и форму, а также фактуру лицевой поверхности. На камнеобрабатывающих заводах производится распиливание камня, фрезерование, профилирование, шлифование и полирование. От способа выполне­ния декоративные фактуры подразделяют на абразивные и ударные

(рис. 3.3).

Выбор формы обработки камня и его фактуры не ограничи­вается только сообра­жениями декоративно­сти. Значительную роль играет техниче­ская целесообразность и экономическая обос­нованность.

Изделия из гор­ных пород относятся к долговечным строи­тельным материалам.

Рис. 3.3. Виды фактур природного камня (гранита): а — скала; б— рельефная;

в — бороздчатая; г — бугристая; д — точечная; е — шлифованная

Об этом свидетельствуют памятники архитектуры Древнего Египта, Греции, Рима, сохранившиеся до наших дней. Более 4 000 лет сохра­няется гранитная «одежда» египетских пирамид, около 3 500 лет фи­гурам сфинксов, высеченным из сиенита, 200 лет в суровых условиях сохраняется мраморная облицовка Мраморного дворца в Санкт-Петербурге и т.д.

Однако в процессе эксплуатации каменные материалы в конст­рукциях непрерывно подвергаются воздействию окружающей среды, вызывающему их медленное разрушение, называемое выветриванием.

Основная причина разрушения камня — воздействие воды. Не­заметные, иногда волосные трещины в камне, которые могли образо­ваться в процессе обработки камня или при эксплуатации, становятся началом дальнейшего разрушения.

Вредное воздействие атмосферных осадков, газов и пыли, со­держащихся в воздухе, попеременное увлажнение и высыхание, рез­кие перепады температур, сильные морозы и солнечный нагрев — все эти факторы сокращают срок службы каменных природных материа­лов и резко ухудшают их декоративные качества.

Правильное и своевременное применение защитных мер повы­шает срок службы материала, сохраняет его декоративные качества и естественную окраску на долгое время. Выбор защитных мероприятий зависит от особенностей каменного материала и условий его работы.

Все мероприятия по защите природных каменных материалов в конструкциях зданий и сооружений от выветривания можно разде­лить на две группы: конструктивные и химические.

К конструктивным мероприятиям относят защиту камня от сильного увлажнения, хороший сток воды, проветривание, гладкие поверхности, которые исключают скопление дождевых и снеговых вод, надежную герметизацию швов, а при строительстве высокое ка­чество работ.

К химическим мероприятиям относят пропитку поверхности пористого камня специальными составами, которые уплотняют по­верхность и предохраняют ее от проникновения влаги. Среди химиче­ских способов защиты наиболее эффективна пропитка поверхностного слоя пористых камней (например, известняков) растворами солей кремнефтористо-водородной кислоты. Такой метод защиты называют флюатированием. Идея флюатирования принадлежит великому рус­скому ученому Д. И. Менделееву, а способы применения его в строи­тельстве разработаны Н.А. Белелюбским.