 |
Природные каменные материалы
|
|
|
|
Физические свойства
Истинная плотность – это отношение массы материала к его объему в абсолютно плотном состоянии. (ρ = m/V, г/см3, где m – масса материала, г; V – объем материала в абсолютно плотном состоянии, см3).
Средняя плотность – это отношение массы материала к его объему в естественном состоянии. (ρ0 = m/V1, кг/м3, где m – масса материала, г; V1 – объем материала в естественном состоянии, м3).
Насыпная плотность – это отношение массы материала в насыпном состоянии, т.е. вместе с порами и межзерновыми пустотами. Определяется для сыпучих, кусковых и зерновых материалов, кг/м3).
Относительная плотность (d) – выражает плотность материала по отношению к плотности воды.
Пористость – степень заполнения объема материала порами. Пористость различают открытую и закрытую, %. (П = (1 – ρ0/ρ) · 100 %, где ρ0 – средняя плотность материала, кг/м3, ρ – истинная плотность материала, кг/м3; П = По + Пз, при чем По = Вv).
Пустотность – степень заполнения объема материала пустотами, %. (Vп = (1 – ρн/ ρ0) · 100 %, ρн – насыпная плотность материала, кг/м3).
Гигроскопичность – свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из влажного воздуха.
Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать в порах влагу, %. Различают водопоглощение по массе и по объему. (Водопоглощение по массе: Вмас = (m1 – m2)/ m · 100 %, где m – масса сухого образца, г; m1 – масса насыщенного водой образца, г.
Водопоглощение по объему: Воб = (m1 – m2)/ V * 100 %, V – объем образца.
При чем, отношение водопоглощения по объему к водопоглощению по массе равно средней плотности материала.)
Коэффициент размягчения – отношение прочности материала в насышенном водой состоянии к прочности материала с сухом состоянии. (
где RB – прочность материала, насыщенного водой, МПа, RC – прочность материала в сухом состоянии).
|
|
|
Водонепроницаемость – свойство материала пропускать воду под давлением. Коэффициент фильтрации (КФ, м/ч) характеризует водонепроницаемость материала – это количество воды, проходящей через стенку площадью 1м2, толщиной 1м, за время 1 час, при разности гидростатического давления на границах стенки 1 м.вод.ст.
Влажностные деформации:
Усадка (усушка) – уменьшение размеров материала при его высыхании.
Набухание (разбухание) – происходит при насыщении материала водой (жидкостью).
Морозостойкость – свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без снижения прочности и потери массы. За марку по морозостойкости принимают количество циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15%, после испытаний образцы не должны иметь видимых повреждений, а потеря массы не должна превышать 5%.
Теплопроводность – свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой, ВТ/м· °С (Косвенно теплопроводность можно оценить по формуле Некрасова: 
где d0 – относительная плотность материала).
Теплоемкость – это способность материала аккумулировать тепло при нагревании и выделять тепло при остывании, определяется количеством тепла, которое необходимо сообщить 1 кг данного материала, чтобы повысить его температуру на 1 °С.
Огнеупорность – свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры (от 1580 °С и выше), не размягчаясь и не деформируясь.
Огнестойкость – свойство материала сопротивляться воздействию огня при пожаре в течение определенного времени, зависит от способност воспламеняться и гореть.
Механические свойства
|
|
|
Упругость – свойство твердого тела самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешней нагрузки. Упругая деформация полностью исчезает после прекращения действия внешней силы, поэтому ее называют обратимой.
Пластичность – свойство твердого тела изменять форму или размеры под действием внешних сил, не разрушаясь, причем после прекращения действия силы тело не может самопроизвольно восстанавливать свои размеры и форму, и в теле остается некоторая остаточная деформация, называемая пластичной деформацией.
Пластическую или остаточную деформацию, не исчезающую после снятия нагрузки, называют необратимой.
Хрупкость – способность твердого тела разрушаться без образования заметных остаточных деформаций.
Напряжение – мера внутренних сил, возникающая в деформируемом теле под воздействием внешних сил.
Прочность – свойство материалов сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами (усадка, неравномерное нагревание и т.д.).
Прочность материала оценивают пределом прочности, определенным при данном виде деформации:
Предел прочности при сжатии вычисляют по формуле Rсж, кгс/см2 (МПа), определяют как отношение разрушающей силы к площади поперечного сечения: 
где P – разрушающая нагрузка при сжатии, кгс; S – площадь поперечного сечения, см2.
При испытании образцов: 1. образцов-балочек размером 4 × 4 × 16см– S=25см2 (площадь металлических пластин);
2. образцов кубов – S= площади поперечного сечения см2.
Предел прочности при изгибе вычисляют по формуле Rизг, кгс/см2 (МПа):
где P – разрушающая нагрузка при изгибе, кгс; l – расстояние между опорами (образцов-балочек размером 4 × 4 × 16см – l=10 см; при испытании керамического кирпича – l =20см); b – ширина образца, см; h – высота образца, см.
Предел прочности при осевом сжатии Rсж, кгс/см2 (МПа) равен частному от давления разрушающей силы на первоначальную площадь поперечного сечения образца (куба, цилиндра, призмы).
Предел прочности при осевом растяжении Rр используется в качестве прочностной характеристики стали, бетона, волокнистых и других материалов. В зависимости от соотношения предела прочности при осевом растяжении к пределу прочности при осевом сжатии материалы делят на: Rр> Rсж (волокнистые материалы), Rр 
Rсж (сталь), Rр < Rсж (хрупкие материалы).
|
|
|
Ударная вязкость (динамическая или ударная прочность) – свойство материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках. Она характеризуется количеством работы, затраченной на разрушение стандартного образца, отнесенной к единице объема (Дж/м3) или площади поперечного сечения (Дж/м2).
Удельная прочность – коэффициент конструктивного качества – равна отношению прочности материала R (МПа) к относительной плотности: 
повышения этой величины можно добиться снижением плотности или увеличением прочности.
Твердость – свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Твердость природных каменных материалов оценивают по шкале Мооса, твердость древесины, металла, бетона и других строительных материалов оценивают, вдавливая в них стальной шарик или твердый наконечник.
Истираемость, г/см2 – оценивают потерей первоначальной массы образца материала, отнесенной к площади поверхности истирания по формуле: И=(m1 – m2) · F, где m1 и m2 – масса образца до и после испытания.
Износ – свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов. Износ определяется на образцах материала, которые испытывают во вращающемся барабане со стальными шарами или без них. Показатель – потеря массы пробы материала в % от первоначальной массы.
Природные каменные материалы
Горная порода – это природный минеральный агрегат, обладающий более или менее постоянным составом и свойствами. Может быть мономинеральной (состоит из одного минерала) и полиминеральной.
Минерал – это природное химическое соединение, однородное по своему составу, строению и свойствам; образуется в результате физико-механических процессов в земной коре или на ее поверхности.
Горные породы делят на:
магматические – образовались непосредственно из расплавленной магмы;
|
|
|
осадочные – образовались в результате разрушения или выветривания магматических пород химической или биологической переработки;
метаморфические – образовались из магматических или осадочных пород под влиянием высоких температур, давления и других факторов.
Твердость – оценивается по шкале твердости (шкале Мооса), в которой минералы расположены в порядке возрастания твердости:
| Тальк | Кальцит | Апатит | Кварц | Корунд | |||||
| Гипс | Флюорит | Полевой шпат | Топаз | Алмаз |
Спайность – это способность некоторых кристаллических минералов при ударе раскалываться по определенным плоскостям, образуя гладкие блестящие поверхности раскола.
Излом в отличие от спайности не имеет правильных ориентированных блестящих поверхностей. Минералы, обладающие спайностью, дают ровный излом.
Стойкость – это способность минерала или горной породы противостоять атмосферным факторам, химическим реагентам и др.
По показателям плотности природные камни делят на: легкие (плотность не более 1,8 г/см3) с пористым строением (вулканический туф, пемза) и тяжелые (плотность более 1,8 г/см3), используемые для облицовки, плит полов, материалов гидротехнического и дорожного назначения.
По пределу прочности при сжатии природные каменные материалы делят на марки (МПа): от 0,4 до 100. Марки 0,4 – 20 свойственны легким камням различной пористости.
Керамические материалы
Керамические материалы – искусственные каменные материалы и изделия, получаемые в процессе технологической обработки минерального сырья и последующего обжига при высоких температурах.
Керамический черепок – материал, из которого состоят керамические изделия после обжига.
Классификации керамических материалов:
по назначению: стеновые, отделочные, кровельные, для полов, для перекрытий, дорожные, санитарно-технические, кислотоупорные, теплоизоляционные, огнеупорные и заполнители для бетонов.
по структуре: пористые (водопоглощение по массе более 5%), плотные (со спекшимся керамическим черепком) (водопоглощение менее 5%).
по температуре плавления: легкоплавкие (температура плавления ниже 1350 °С), тугоплавкие (1350 – 1580 °С), огнеупорные (1580 – 2000 °С), высшей огнеупорности (более 2000 °С).
Глинистые материалы – горные породы полиминерального состава, землистого вида, образующие с водой пластичное тесто, способное сохранять придаваемую форму и принимать после обжига твердость камня. Диаметр частиц глин менее 0,005 мм; породы, состоящие из более крупных частиц, принято классифицировать как лёсс.
Главными глинообразующими минералами являются: каолинит, монтмореллонит и иллит (гидрослюда).
|
|
|
Каолинит (Al2O3·2SiO2·2H2O) – имеет относительно плотное и неподвижное строение кристаллической решетки с наименьшим расстоянием из закономерно повторяющихся групп ионов. Поэтому каолинит неспособен присоединять и прочно удерживать большое количество воды. При сушке относительно свободно отдает присоединенную воду. Размеры частиц каолинита 1 – 3 мк.
Монтмориллонит (Al2O3·4SiO2·H2O·nH2O). Кристаллическая решетка имеет слоистое строение, отдельные слои могут раздвигаться под действием вклинивающихся молекул воды. Поэтому монтмориллонит способен интенсивно поглощать довольно большое количество воды, сильно набухать при увлажнении (объем увеличивается в 16 раз), прочно удерживает воду и трудно отдает ее при сушке. Размеры частиц монтмориллонита много меньше 1мк.
Иллит (гидрослюда) (K2O·MgO·4Al2O3·7SiO2·2H2O) – продукт многолетней гидратации слюд, с неразбухающей кристаллической решеткой. По интенсивности связи с водой занимает среднее положение между каолинитом и монтмориллонитом. Особенность минерала – в составе принимают окислы щелочных и щелочноземельных металлов, а также отдельные катионы, способные к изоморфным замещениям (например, Si4+ может замещаться Al3+, который, в свою очередь, замещается Mg2+). Размеры частиц около 1мк.
В зависимости от преобладания в составе глинистого сырья того или иного минерала различают: каолинитовые, монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины.
Отощающие добавки – материалы, которые снижают пластичность и воздушную усадку глин. К ним относятся: кварцевые материалы –жильный кварц, кварцевые пески, кремень, не дают усадки при сушке и обжиге.
Флюсующие материалы (плавни) – материалы, которые в процессе обжига вступают во взаимодействие с глинистым веществом, образуя более легкоплавкие соединения, чем чистое глинистое вещество, т.е. плавни способствуют повышению степени спекания и ее снижению температуры. К ним относят: полевые шпаты, пегматиты, сиениты; мел, доломит, тальк.
Выгорающие добавки – добавки выгорающие при обжиге (за исключение зольной части). Применяются при производстве стеновой керамики. К ним относят: древесные опилки, антрацит и тощие каменные угли, бурые угли, золы ТЭЦ.
Пластифицирующие добавки – вводятся для повышенеия пластичности сырьевых материалов при меньшем расходе воды. К ним относят: высокопластичные глины, бентониты, ПАВ.
Специальные добавки – вводятся для повышения кислотостойкости (песчаные смеси, затворенные жидким стеклом), для получения цветной керамики (оксиды металлов).
Глазурь – стекловидное покрытие толщиной 0,1 – 0,2мм, нанесенное на изделие и закрепленное обжигом. Глазури различают прозрачные и глухие (непозрачные) различного цвета.
Ангоб – это нанесенный на изделие тонкий слой беложгущейся или цветной глины, образующий цветное покрытие с матовой поверхностью.
При определении качества кирпича по внешнему осмотру и обмеру рассматриваются параметры: отклонение геометрических размеров, наличие трещин, наличие сколов и притупленности ребер и углов, искривление поверхностей и ребер, степень обжига, наличие известковых включений (дутиков).
|
|
|
