Природные каменные материалы

2.1. Природные каменные материалы из магматических, осадочных и метаморфических горных пород. Строение и свойства.   Главным сырьевым источником для получения строительных материалов являются горные породы. Их используют для производства керамики, стекла, металлов, тепло- и гидроизоляционных материалов, для производства неорганических вяжущих веществ: цемента, извести, строительного гипса. Из них делают мелкий и крупный заполнители для бетонов: песок, гравий, щебень. Другим сырьевым источником являются техногенные отходы промышленности. Однако, их использование сейчас крайне мало.     Горная порода – это природный минеральный агрегат примерно одинакового состава и строения, являющийся продуктом геологических процессов и образующий в земных недрах самостоятельные тела.     В зависимости от условий формирования горные породы делятся на три генетические группы: - магматические породы; - осадочные породы; - метаморфические породы. Горные породы сложены из минералов. Их в природе существует более 3000, однако в образовании горных пород участвует лишь около 50.     Минералы – физически и химически однородные тела, возникшие в земной коре под действием физико-химических процессов.     Они различаются по химическому составу и делятся на  группы: - силикатов; - магнезиальных; - карбонатов; - сульфидов и др.   2.1. Природные каменные материалы из магматических, осадочных и метаморфических горных пород. Строение и свойства. (страница 2 из 4)   2.1.1. Магматические горные породы   Магматические горные породы или изверженные образуются в процессе кристаллизации расплава магмы, поэтому их называют первичными. В зависимости от условий образования выделяют две группы: глубинные (интрузивные) и излившиеся (эффузивные). Главной составляющей таких пород является кремнезём – SiO2.. В зависимости от его содержания породы делятся: на кислые (SiO2 более 65 %); средние  (SiO2 - 52...65 %) и осно́вные (SiO2  менее 52 %). Основными породообразующими минералами магматических горных пород являются кварц и его разновидности, полевые шпаты (ортоклаз и плагиоклазы) железисто-магнезиальные силикаты (оливин, пироксены, амфиболы, серпентин, хризотил-асбест) и алюмосиликаты в виде слюд.   Глубинные породы   Магматические породы, образующиеся в различной геологической обстановке, отличаются специфическими признаками, к которым прежде всего относятся форма магматических тел и их взаимоотношения с вмещающими  породами. Особенностями строения горных пород, зависящие от условий образования, выражаются в структурных и текстурных признаках. Структура определяется степенью кристалличности  и размерами зерен, а также формой и взаимными отношениями составных частей породы. При медленном остывании магмы в глубинных условиях возникают полнокриталлические структуры. По размерам зерен среди кристаллических пород выделяют: крупнозернистые (средний размер зерен более 5 мм), среднезернистые (1-5 мм) и мелкозернистые  (0,5-1 мм), а также  равномернозернистые и неравномернозернистые структуры.     Текстура – совокупность признаков, определяемых расположением и распределением составных частей породы относительно друг друга  в занимаемом ими пространстве. Подавляющее большинство магматических пород характеризуется массивной текстурой.     Следствием медленного охлаждения магмы является ряд общих свойств для разных глубинных горных пород: весьма малая пористость и, следовательно, большая плотность и высокая прочность. Кроме того, в связи с очень малой  пористостью эти породы обычно обладают весьма низким водопоглащением, морозостойкостью и сравнительно высокотеплопроводны. Обработка таких пород из-за их высокой прочности затруднительна. Однако благодаря высокой плотности они хорошо полируются и шлифуются. Средние показатели важнейших строительных свойств таких пород: прочность при сжатии – 100-300 МПа; плотность – 2600-3000 кг/м3 ; водопоглащение – меньше 1% по объему; теплопроводность – около 3 Вт/(м.оС).     К глубинным породам относятся: граниты, сиениты, гранодиориты, диориты и кварцевые диориты, габроиды и перидотиты.     Излившиеся горные породы   Магматическая порода, образовавшаяся при кристаллизации магмы на небольших глубинах и занимающая по условиям залегания и структуре промежуточное положение между глубинными и излившимися породами. При кристаллизации магмы в поверхностных условиях образуются полнокристаллические неравномернозернистые  и неполнокристаллические структуры. Среди неравномернозернистых структур выделяются порфировидные и порфировые структуры. Порфировидные структуры обусловлены наличием относительно крупных кристаллов на фоне полнокристаллической основной массы породы. Порфировые структуры характеризуются наличием хорошо образованных кристаллов – порфировых вкрапленников, погруженных в стекловидную основную массу породы.     Структура – существенный признак, определяющий физико-механические свойства породы.     Наиболее прочными являются равномернозернистые породы, тогда как породы такого же минерального состава, но крупнозернистой порфировидной структуры быстрее разрушаются как при механическом воздействии, так и при резких колебаниях температур. Из магматических пород в строительстве наиболее широко применяются кварцевые и бескварцевые порфиры. Кварцевые порфиры по своему минеральному составу близки к гранитам. Прочность, пористость, водопоглащение у порфиров в общем сходны с показателями этих свойств, присущими гранитам. Но порфиры более хрупки и менее стойки вследствие наличия крупных вкраплений. Бескварцевые порфиры по своему составу близки к сиенитам, но в связи с иным генезисом обладают худшими физико-химическими свойствами. Излившиеся горные породы образовались в результате излияния магмы, ее охлаждения и застывания на поверхности земли, поэтому в большинстве случаев они состоят из отдельных кристаллов, вкрапленных в основную мелкокристаллическую, скрытокристаллическую и даже стекловатую массу. Излившиеся породы в результате неравномерного распределения минеральных компонентов сравнительно легко разрушаются при выветривании и под воздействием внешних условий, а также обнаруживают анизотропность механических свойств. Различают эффузивы: излившиеся плотные и излившиеся пористые.     К плотным излившимся породам относятся трахиты, липариты, андезиты, базальты и диабазы. К пористымизлившимся породам относят пемзу, вулканические туфы и пеплы, туфолавы.   2.1. Природные каменные материалы из магматических, осадочных и метаморфических горных пород. Строение и свойства. (страница 3 из 4)   2.1.2. Осадочные горные породы.   Осадочные горные породы образуются на поверхности Земли при разрушении магматических или метаморфических горных пород. Их ещё называют вторичными. Осадочная порода образуется в условиях переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности растений. В результате воздействия агентов химического выветривания происходит окисление минералов, их гидратация, а также разложение минералов сложного состава с образованием новых минеральных видов и выносом в растворенном состоянии различного рода соединений. На первом этапе химического выветривания полевые шпаты переходят в глинистые минералы типа гидрослюды. При более глубоком разложении образуется другой глинистый минерал – каолинит – Al2 O3 2SiO2 2H2 O. Преобладающая часть продуктов выветривания выносится из зоны выветривания и отлагается вдали от места разрушения материнских пород. Основными агентами переноса являются текучие воды, движущийся лед и ветер. Осадочные породы в зависимости от условий их образования делят на три основные группы: обломочные породы, или механические осадки: рыхлые (гравий, глина, пески), оставшиеся на месте разрушения пород или перенесенные водой, а также льдом (ледниковые отложения) или ветром (эоловые отложения); сцементированные(песчаники, конгломераты, брекчии); химические осадки (например, гипс и известковые туфы), образовавшиеся из продуктов разрушения пород, перенесенных водой в растворенном виде: органогенные породы, образовавшиеся из остатков некоторых водорослей: к органогенным породам относятся мел, большинство известняков, диатомиты. Кроме обломочных рыхлых пород встречаются также породы (конгломераты, брекчии, песчаники), зерна которых сцементированы различными природными цементами. Эти цементы находились в растворенном или коллоидном состоянии в воде и выпали в толще рыхлых осадков, сцементировав их зерна в сплошные горные породы различной плотности. Большинство осадочных пород имеет более пористое строение, чем плотные магматические породы, а следовательно, и меньшую прочность. Некоторые из них сравнительно легко растворяются (например, гипс) или распадаются в воде на мельчайшие нерастворимые частицы (например, глины). В составе осадочных пород можно выделить две различные по своему происхождению группы минералов: реликтовые и минералы осадочного происхождения. К первой группе относятся минералы магматические и метаморфические; обычно зерна этих минералов окатаны; ко второй – минералы, образовавшиеся на месте в осадке или в породе. Главными породообразующими  минералами этих пород являются минералы: - из группы кремнезема: опал, халцедон, осадочный кварц; - из группы карбонатов: кальцит, доломит, магнезит; - из группы глинистых минералов: каолинит, монтмориллонит, гидро-     слюды; - из группы сульфатов: гипс и ангидрит; - органические остатки в осадочных породах: диатомиты.     Структура и текстура характеризуют строение породы.     Наиболее характерной особенностью строения осадочных пород является их слоистость. В том  случае, если слоистость отсутствует, текстуру называют беспорядочной, т.к. частицы расположены без всякой ориентировки (пески и грубообломочные породы). В зависимости от условий образования осадочные горные породы делят на основные группы: 1) обломочные породы или механические осадки: а) рыхлые; б) сцементированные; 2) химические осадки или хемогенные породы; 3) органогенные породы.     К обломочным рыхлым породам относятся: гравий, глины, пески); К обломочным сцементированным -песчаники, конгломераты, брекчии; к хемогеннымпородам (химическим осадкам) относятся: гипс, известняковые туфы; к органогенным породам - диатомиты, радиоляриты, спонголиты, трепелы, опоки, органогенные известняки (мел).     2.1. Природные каменные материалы из магматических, осадочных и метаморфических горных пород. Строение и свойства. (страница 4 из 4)   2.1.3. Метаморфические горные породы.   Метаморфические горные  породы являются продуктом перекристаллизации магматических и метаморфических горных пород под действием температуры, давления, катализаторов и т.п. процессов в земных недрах. Их еще называют третичными. Минералы, слагающие метаморфические породы, широко распространены в магматических породах: полевые шпаты, кварц, слюда, роговая обманка, большинство пироксенов, оливин и др; в осадочных породах : кальцит, доломит. Однако, есть минералы типичные в метаморфических породах: серпентин и др.     К метаморфическим породам относятся: кристаллические сланцы, гнейсы, кварциты, мрамор.       2.3. Строительные материалы из древесины. Строение и свойства древесины. (страница 1 из 4)   2.3.1. Общие сведения.   Древесину издавна широко применяют в строительстве благодаря сочетанию замечательных свойств: высокой прочности и небольшой плотности, малой теплопроводности, легкости обработки, простоте скрепления отдельных элементов, высокой морозо- и химической стойкости и декоративности. Наряду с этим у древесины много недостатков: наличие пороков, гигроскопичность, и связанные с ней набухание и усушка изделий из древесины, приводящие к короблению и растрескиванию; особенно серьезным недостатком является ее подверженность горению и гниению.     Специфическая особенность древесины -анизотропность, т.е. различие свойств в разных направлениях, обусловленное ее волокнистым строением.              На долю России приходится более 20% мировой площади лесов. Но при этом доля деловой древесины составляет менее половины лесных богатств. Сроки роста деревьев деловых пород (сосна, ель, лиственница и др.) до достижения товарной ценности в нашей климатической зоне составляют 40…60 лет. Поэтому рубка леса должна вестись строго с учетом возраста древесины и сопровождаться новыми посадками. Только в этом случае можно говорить, что древесина относится к возобновляемому сырью, в отличие, например, от горючих ископаемых.          Общеизвестно, что древесина экологически чистый материал. При этом подразумевается, что она как строительный материал безвредна для человека. Это верно, но понятие экологической чистоты древесины значительно шире. Человек получает древесину как материал в готовом виде, не используя энергию для ее производства, т.е. в этом случае исключается загрязнение окружающей среды промышленными выбросами. Отслужившая древесина самоуничтожается, естественно входя в круговорот природы. Однако, экологичность древесины реализуется лишь в том случае, когда вырубка и посадка новых деревьев идут как единый процесс, не нарушая биологического равновесия в природе.          При заготовке и распиловке древесины образуется большое количество (до 50…60%) отходов: горбыль, стружки, опилки и т.п. Эти отходы и неделовую древесину подвергают более глубокой переработке с целью получения полноценных материалов.          В зависимости от степени переработки древесины различают: - лесные материалы, получаемые только механической обработкой стволов дерева (бревна, пиломатериалы); в этом случае сохраняются все присущие древесине положительные и отрицательные свойства; - деревянные изделия и конструкции, изготовляемые в заводских условиях (дверные и оконные блоки, клееные конструкции, фанера и др.); свойства древесины в этом случае используются более рационально; - материалы и изделия, получаемые технологической переработкой древесины: а) материалы и изделия из отходов и неделовой древесины с использованием вяжущих веществ (древесно-стружечные плиты, арболит, фибролит); б) материалы, получаемые физико-химической обработкой древесного сырья (древесно-волокнистые плиты, картон, бумага); в) материалы, получаемые химической переработкой древесины.   2.3. Строительные материалы из древесины. Строение и свойства древесины. (страница 2 из 4)   2.3.2. Строение и состав древесины.     Макроструктура древесины - строение древесины, видимое невооруженным глазом.     Рассматриваются три основных разреза ствола (рис. 2.1.): поперечный - торцовый; и два продольных - радиальный, проходящий через ось ствола, и тангентальный, не проходящий через ось, т.е. сделанный по касательной к годовым кольцам. Рис. 2.1. Основные виды разреза ствола: 1 – торцовый; 2 – радиальный; 3 – тангентальный.            В поперечном разрезе древесина ствола состоит из ряда концентрических годовых колец, располагающихся вокруг сердцевины. Каждое годовое кольцо имеет два слоя: ранней (весенней) и поздней (летней) древесины. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных тонкостенных клеток; поздняя древесина более темного цвета, состоит из мелких клеток с толстыми стенками, поэтому менее пориста и обладает большей прочностью, чем весенняя.          В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней части ствола, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав, одеревеневают и пропитываются у хвойных пород смолой, а у лиственных пород – дубильными веществами. Движение влаги в древесине этой части ствола прекращается, и она становится более прочной, твердой и менее способной к загниванию. Эту часть ствола у разных пород называют ядром или спелой древесиной. Микростроение  древесины. Изучая строение древесины под микроскопом (рис. 2.2.), можно увидеть, что основную массу древесины составляют клетки механической ткани, имеющие веретенообразную форму, вытянутые вдоль ствола. Срубленная древесина состоит из отмерших клеток, т.е. только из клеточных оболочек. Оболочки клеток сложены из нескольких слоев очень тонких волоконец, называемых микрофибриллами, которые компактно уложены и направлены по спирали в каждом слое под разным углом к оси клетки (подобно отдельным прядям в канате). Микрофибрилла состоит из длинных нитевидных молекул целлюлозы – природного полимера состава (С6Н10О5)n , где n = 2500…3000. Его в древесине 35…45 %. В клеточной оболочке содержатся и другие органические  (лигнин – 20…30 % и гемицеллюлозы – около 20 %) и неорганические вещества, которые образуют золу при сжигании древесины (0,17…0.27 %).          Рис. 2.2. Микроструктура  лиственной кольцесосудистой породы (дуба): 1 – сосуды; 2 – либроформ; 3 – сердцевинные лучи.   Плотность. В составе всех древесных пород преобладает одно и то же вещество – целлюлоза, поэтому истинная плотность древесины примерно одинакова и составляет 1,54 г/ см3. Средняя плотность древесины разных пород и даже одной и той же породы зависит от многих факторов, связанных с условиями роста дерева. У большинства древесных пород плотность сухой древесины меньше 1000 кг/м3, т.е. меньше плотности воды. С изменением влажности средняя плотность древесины меняется, поэтому принято сравнивать плотность древесины при одной и той же стандартной влажности, равной 12 %. Прочность при сжатии вдоль волокон достаточно высока и составляет в среднем 40…60 МПа, т.е. сопоставима с прочностью бетона. Это  объясняется тем, что пустотелые волокна работают как жесткие пространственные элементы. Прочность при сжатии поперек волокон  составляет примерно 0,1…0,3 от предела прочности вдоль волокон. Это объясняется тем, что при сжатии поперек волокон в действительности происходит смятие волокон древесины без явного разрушения стенок. Поэтому за прочность в этом случае принимают условный предел прочности, равный наибольшему напряжению, при котором еще сохраняется линейная зависимость между напряжением и деформацией. Прочность при растяжении вдоль волокон в 2..3 раза больше прочности при сжатии в этом направлении и составляет 100…120 МПа. Прочность при растяжении сильно зависит от наличия некоторых пороков (сучки, косослой и др.), но мало изменяется от влажности. Прочность при изгибе в 1,5…2 раза превышает прочность при сжатии вдоль волокон, но несколько меньше прочности при растяжении, и составляет в среднем 60…110 МПа. Прочность при изгибе у древесины значительно выше, чем у большинства строительных материалов (бетон, керамика и т.д.). и сопоставима с прочностью металлов.   2.3. Строительные материалы из древесины. Строение и свойства древесины. (страница 3 из 4)   2.3.3. Основные древесные породы, применяемые в строительстве.            Древесные породы по ряду биологических признаков принято разделять на хвойные и лиственные. Такое же деление принято и в строительстве.          Хвойные породы в средней полосе составляют основные запасы деловой древесины. В строительстве в основном применяется древесина хвойных пород, отличающаяся правильным (с меньшим количеством пороков) строением ствола и большей устойчивостью к загниванию, которая связана со смолистостью хвойной древесины. Из хвойных пород чаще всего применяют сосну, лиственницу, ель, пихту, кедр (их физико-механические свойства приведены в таблице 2.1).   Таблица 2.1. Средние показатели физико-механических свойств древесины хвойных и лиственных пород при 12 %-ой влажности. Порода Средняя плотность ρm, кг/см3 Порис- тость, % Предел прочности, МПа Rсж Rизг Rр Лиственница Сосна Ель Кедр Дуб Бук Береза Осина 680 500 450 440 700 670 630 490 56 68 72 71 46 56 59 68 65 50 45 35 60 55 55 45 110 85 80 65 107 110 110 80 125 105 103 80 125 125 160 120            Сосна – наиболее распространенная хвойная порода. Древесина сосны светло-золотистого цвета обладает повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами и хорошо поддается обработке. Из сосны изготовляют несущие деревянные конструкции, различные столярные изделия, фанеру и др.          Древесина лиственницы по внешнему виду напоминает древесину сосны, но  обладает большей плотностью и прочностью. Цвет ее более темный, чем у сосны. Древесина лиственницы характеризуется повышенной стойкостью против загнивания в условиях переменной влажности благодаря высокой смолистости. Поэтому ее применяют для гидротехнических и подземных сооружений, а также для изготовления шпал.          Ель - распространенная хвойная порода, древесина которой отличается малой смолистостью при относительно высоких прочностных показателях. Однако при использовании в сырых местах быстро загнивает. Из ели изготавливают строительные конструкции, эксплуатируемые в сухих условиях.          Древесина пихты белого цвета, по внешнему виду напоминает древесину ели. Физико-механические свойства ее древесины близки к свойствам ели, однако она еще менее стойка к загниванию. В строительстве используют для тех же целей, что и древесину ели.          Кедр имеет легкую прочную и хорошо обрабатывающуюся древесину. Его применяют в столярном и мебельном производстве.          Лиственные породы в строительстве используют значительно реже, чем хвойные. Среди многообразия лиственных пород наибольшее применение в строительстве нашлидуб, ясень, бук, береза, осина.          Дуб обладает тяжелой, плотной, твердой и очень прочной древесиной желтоватого цвета с красивой текстурой; она хорошо сохраняется как на воздухе, так и под водой. Из дуба делают высококачественный паркет, фанеру, мебель.          Ясень имеет тяжелую, твердую и прочную древесину, по виду и строению напоминающую древесину дуба, но более светлой окраски.          Бук также имеет плотную: твердую и прочную древесину белого цвета с красноватым оттенком. Бук применяют для изготовления паркета, фанеры,  высококачественных столярных изделий и мебели.          Береза – самая распространенная в наших лесах лиственная порода. Древесина ее прочная, средней твердости, но недолговечная в условиях попеременного увлажнения и высушивания. Береза - основное сырье для изготовления фанеры, столярных изделий и мебели.          Осина имеет мягкую и легкую древесину белого цвета с зеленоватым оттенком; во влажном состоянии она быстро загнивает. Осина легко раскалывается вдоль волокон, поэтому применяется для изготовления фанеры, кровельных материалов (щепы, гонта, лемеха) и тары. Стали поступать на строительный рынок России экзотические породы. Они отличаются разнообразной окраской и высокими физико-механическими показателями. 2.3. Строительные материалы из древесины. Строение и свойства древесины. (страница 4 из 4)   2.3.4. Пороки древесины.     Пороками называют недостатки древесины, появляющиеся во время роста дерева и хранения пиломатериалов на складе.     Степень влияния пороков на пригодность древесины в строительстве зависит от их вида, места расположения, размеров, а так же назначения древесной продукции. Один и тот же порок в некоторых видах лесопродукции делает древесину непригодной, а в других понижает ее сортность или не имеет существенного значения. Поэтому в стандартах на конкретные виды лесопродукции имеются указания о допустимых пороках.          Пороки древесины можно разделить на несколько групп: пороки формы ствола, пороки строения древесины, сучки, трещины, химические окраски и грибковые поражения. Ниже рассмотрены основные виды пороков.     Пороки формы ствола легко определяются на растущем дереве. Поэтому стволы таких деревьев могут быть отбракованы на лесосеке.     К этой группе пороков относятся сбежистость, закомелистость и кривизна ствола (рис. 2.3.).     Рис. 2.3. Пороки формы ствола.            Сбежистость значительное уменьшение диаметра бревен. Нормальным сбегом считается уменьшение диаметра на 1 см на 1 м длины ствола. Этот порок уменьшает выход обрезных пиломатериалов. Кроме того, в материале оказывается много перерезанных волокон, что снижает его прочность.          Закомелистость – резкое увеличение диаметра комлевой (нижней) части ствола. Закомелистость бывает круглой и ребристой. В любом случае она увеличивает количество отходов и искусственно вызывает косослой в готовой продукции.          Кривизна – искривление ствола дерева в одном или нескольких местах. Сильная кривизна переводит древесину в разряд непригодной для строительных целей.     Пороки строения древесины представляют собой отклонения от нормального расположения волокон в стволе дерева.     Пороки строения (рис. 2.4.): наклон волокон, свилеватость, крень, двойная сердцевина и др.     Рис. 2.4. Пороки строения древесины.            Наклон волокон (косослой) – непараллельность волокон древесины продольной оси пиломатериала. Это явление (особенно при больших углах наклона волокон) вызывает резкое снижение прочности древесины и затрудняет ее обработку. Пиломатериал, имеющий косослой, обладает повышенной склонностью к короблению при изменении влажности.          Свилеватость – крайнее проявление косослоя, когда волокна древесины расположены в виде волн или завитков. Свилеватость в некоторых породах (орех, карельская береза) придает красивую текстуру древесине; такие породы используются в отделочных работах.          Крень – изменение строения древесины, когда годовые кольца имеют разную толщину и плотность по разные стороны от сердцевины. Крень нарушает однородность древесины.     Сучки – самый распространенный и неизбежный порок древесины, представляющий собой основания ветвей, заключенные в древесине.     Сучки нарушают однородность строения древесины, вызывают искривление волокон (свилеватость). Сучки уменьшают рабочее сечение пиломатериалов, снижая их прочность в 1,5…2 раза (а в тонких досках и брусках и более).          По степени срастания древесины сучков с древесиной ствола (рис. 2.5.) различают сучки сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся (выпадающие). Особенно неприятны сучки разветвленные (лапчатые).     Рис. 2.5. Виды сучков по степени срастания с древесиной и по форме.            Здоровые сучки имеют древесину твердую и плотную без признаков гнили. Часто сучки загнивают вплоть до превращения в рыхлую порошкообразную массу – это так называемые табачные сучки.          Для изготовления несущих деревянных конструкций используется древесина, имеющая только здоровые сросшиеся сучки.     Количество и размещение сучков определяют сортностьматериала.       Трещины могут появляться как на растущем дереве, так и при высыхании срубленного дерева и пиломатериалов.     Трещины нарушают целостность лесоматериалов, уменьшают выход высокосортной продукции, снижают прочность, и даже делают их непригодным для строительных целей. Кроме того, трещины способствуют развитию гниения древесины.          Различают следующие типы трещин (рис. 2.6.): метик, морозобоина и отлуп, образующиеся на растущем дереве, и трещины усушки, образующиеся на срубленной древесине.     Рис. 2.6. Виды трещин.            Метик – внутренние трещины, идущие вдоль ствола от центра к периферии; трещин может быть несколько, как расположенных в одной плоскости, так и крестообразно.          Морозобоина – наружная открытая продольная трещина, сужающаяся к центру. Такие трещины возникают при замерзании влаги в стволе во время сильных морозов.          Отлуп – полное или частичное отделение центральной части ствола от периферийной в результате усушки первой. Такие трещины располагаются по годовым кольцам.          Трещины усушки – встречаются очень часто в древесине всех пород; возникают в результате напряжений, вызванных неравномерной усадкой при быстрой сушке древесины на воздухе. Эти трещины направлены от периферии к центру вдоль волокон древесины.                        Грибковые поражения вызываются простейшими живыми организмами – грибами, развивающимися из спор и использующими древесину в качестве питательной среды.     Для развития грибов необходима также кислород воздуха, определенная влажность и температура (10…40) оС. Различают грибы, поражающие растущие в лесу деревья и свежесрубленную древесину, и грибы, развивающиеся на деревянных конструкциях.          На растущих деревьях могут развиваться деревоокрашивающие грибы. Они питаются содержимым клеток, не затрагивая их стенки. Поэтому прочность такой древесины изменяется незначительно, но на древесине появляются цветные пятна и полосы.          Значительно более опасны дереворазрушающие грибы. Они питаются целлюлозой, разлагая ее при помощи ферментов до глюкозы:     (С6Н10О5)n + n Н2О → С6Н12О6              Это возможно только при достаточной влажности древесины. Глюкоза в теле гриба используется в процессе его жизнедеятельности и, в конце концов, превращается в углекислый газ и воду.          Известно большое число дереворазрушающих грибов. Среди них наиболее часто встречаются так называемые домовые грибы. При поражении такими грибами древесина делается трухлявой и легкой, а на ее поверхности появляется налет плесени в виде мягких подушечек. Домовый гриб может разрушить древесину очень быстро (в течение нескольких месяцев).     Процесс гниения прекращается при снижении влажности древесины до 18…20 % (сухая древесина не гниёт), снижении температуры ниже 0 оС или исключении поступления кислорода.       Повреждения насекомыми (червоточины) представляют собой ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми (жуками-короедами, точильщиками).     Они живут в древесине и ею же и питаются. Жуки-точильщики могут развиваться в сухой древесине, и даже в мебели.     Поверхностные червоточины не влияют на механические свойства древесины, так как при распиловке уходят в горбыль. Глубокие червоточины нарушают целостность древесины и снижают ее прочность.     2.4. Вопросы для самоконтроля.   1. Назовите три группы горных пород по условиям их образования (по генетическому признаку). 2. Какие техногенные отходы могут быть использованы для производства строительных материалов? 3. Какие виды природных каменных материалов применяются в строительстве? 4. Какие горные породы используются для производства строительных материалов (например, бетонов, строительных растворов)? 5. Где применяют плотные природные каменные материалы и где пористые? 6. Каковы положительные и отрицательные свойства древесины как строительного материала? 7. Назовите основные элементы макро- и микроструктуры древесины. 8. Формы связи воды в древесине, равновесная влажность, влияние влажности на свойства древесины. 9. Основные пороки древесины и их влияние на прочность древесины. 2.5. Дополнительная литература.   1. Микульский В.Г., Сахаров Г.П. и др. Строительные материалы (Материаловедение. Технология конструкционных материалов). – М.: Издательство АСВ, 2007. – 520 с. 2. Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия. – М.: Высшая школа, 2008. – 440 с. 3. Попов К.Н., Каддо М.Б., Кульков О.В. Оценка качества строительных материалов. – М.: Высшая школа, 2004. – 287 с. 3.1. Строительная керамика. (страница 1 из 5)   3.1.1. Общие сведения.     Керамическими называют изделия, получаемые из минерального сырья путем его формования и обжига при высоких температурах.     Термин «керамика» происходит (по П.П. Будникову) от слова «керамейя», которым в Древней Греции называли искусство изготовления изделий из глины. И теперь в керамической технологии используют главным образом глины, но наряду с ними применяют и другие виды минерального сырья, например чистые оксиды (оксидная техническая керамика).     Керамические материалы – самые древние из всех искусственных каменных материалов.     Черепки грубых горшечных изделий находят на месте поселений, относящихся к каменному веку. Возраст керамического кирпича как строительного материала составляет более 5000 лет. В современном строительстве керамические изделия применяют почти во всех конструктивных элементах зданий, облицовочные и другие материалы используют в сборном и индивидуальном домостроении. Богатство эстетических возможностей керамики обеспечили ей видное место в отделке фасадов зданий и внутренних помещений. Керамические пористые заполнители – это основа легких бетонов. Санитарно-технические изделия, а также посуду из фарфора и фаянса широко используют в быту. Специальная керамика необходима для химической и металлургической промышленности (кислотоупорные и огнеупорные изделия), электротехники и радиоэлектроники (электроизоляторы, полупроводники и др.), ее применяют в космической технике. Керамические материалы в зависимости от их структурыразделяют на две основные группы: пористые и плотные. Пористые поглощают более 5 % воды (по массе), в среднем их водопоглощение составляет 8-20 % по массе или 14-36 % по объему. Пористую структуру имеют стеновые, кровельные и облицовочные материалы, а также стенки дренажных труб и др.  Плотные поглощают менее 5 % воды, чаще 1-4 % по массе или 2-8 % по объему. Плотную структуру имеют плитки пола, дорожный кирпич, стенки канализационных труб и др. По назначению керамические материалы и изделия делят на следующие виды: - стеновые изделия (кирпич, пустотелые камни и панели из них); - кровельные изделия (черепица); - элементы перекрытий; - изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, малогабаритные и другие плитки, наборные панно, архитектурно-художественные детали); - изделия для внутренней облицовки стен (глазурованные плитки и фасонные детали к ним – карнизы, уголки, пояски); - заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит); - теплоизоляционные изделия (перлитокерамика, ячеистая керамика, диатомитовые и др.); - санитарно-технические изделия (умывальные столы, ванны, унитазы); - плитка для пола; - дорожный кирпич; - кислотоупорные изделия (кирпич, плитки, трубы и фасонные части к ним); - огнеупоры; - изделия для подземных коммуникаций (канализационные и дренажные трубы).   3.1. Строительная керамика. (страница 2 из 5)   3.1.2. Сырьевые материалы.            Сырьевыми материалами для производства керамических изделий являются глинистые материалы – каолины и глины.     Глинистые материалы – природные водные алюмосиликаты с различными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние.     Применяются они как в чистом виде, так и в смеси с добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами и др.).          Каолины  состоят из минерала Al2O3•2SiO2•2H2O, содержат значительное количество частиц меньше 0,01 мм, после обжига сохраняют белый цвет;          Глины  разнообразны по минеральному составу, больше загрязнены минеральными и органическими примесями; глинистое вещество (с частицами менее 0, 005 мм) состоит преимущественно из каолинита и родственных ему минералов – монтмориллонита Al2O3•4SiO2•nH2O, галлуазита Al2O3•2SiO2•4H2O; содержание тонких частиц определяет пластичность и другие свойства глин; могут содержать примеси, снижающие температуру плавления (карбонат кальция, полевой шпат, Fe(OH)3, Fe2O3); камневидные включения CaCO3 являются причиной появления «дутиков»  трещин в керамических изделиях, т.к. гидратация получившегося при обжиге CaO сопровождается увеличением его объема; окраска глин зависит от примесей минерального и органического происхождения (от белой, коричневой, зеленой, серой до черной), привычную красную окраску глине придает примесь оксида железа;          Бентониты – высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита;          Трепелы и диатомиты состоят в основном из аморфного кремнезема; используют для изготовления теплоизоляционных изделий, строительного кирпича и камней.     Отощающие материалы – добавки, которые вводят в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин.     Используют шамот с зернами 0,14-2 мм (улучшает сушильные и обжиговые свойства глин, применяется для получения высококачественных изделий – лицевого кирпича, огнеупоров и пр.), дегидратированную глину (улучшает сушильные свойства сырца и внешний вид кирпича), песок с зернами 0,5-2 мм, гранулированный доменный шлак с зернами до 2 мм (эффективный утолщитель глин при производстве кирпича), золы ТЭС и выгорающие добавки.     Порообразующие материалы – добавки, которые вводят в сырьевую массу для получения лёгких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью.     Используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа (молотые мел, доломит) или выгорают (выгорающие добавки: древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин, они повышают пористость изделий и способствуют равномерному спеканию керамического черепка).       Пластифицирующие добавки вводятся в сырьевую массу для увеличения её подвижности.     Пластифицирующими добавками являются высокопластичные глины, бентониты, а также поверхностно-активные вещества – сульфито-дрожжевая бражка (СДБ) и др.     Плавни добавляют в глину в случаях, когда необходимо понизить температуру ее спекания.     В качестве плавней используются полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк и пр.     Глазурью или ангобом покрывают поверхность некоторых керамических изделий для придания им декоративного вида и стойкости к внешним воздействиям.     Слой глазури (прозрачного и/или непрозрачного (глухого) стекла различного цвета) наносят на поверхность керамического материала и закрепляют на ней обжигом при высокой температуре. Главные сырьевые компоненты глазури (кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных  щелочно-земельных металлов, оксиды свинца либо стронция, борная кислота, бура и пр.) применяют в сыром виде либо сплавленными – в виде фритты. Ангоб же приготавливают из белой или цветной глины и наносят тонким слоем на поверхность еще не обожженного изделия. При обжиге ангоб не плавится, поэтому поверхность получается матовой. По своим свойствам должен быть близок к основному черепку.     По своим свойствам ангобирующий материал должен бытьблизок к основному черепку.   3.1. Строительная керамика. (страница 3 из 5)   3.1.3. Свойства глин как сырья для керамических изделий.   Глина, замешенная с определенным количеством воды, образует глиняное тесто, обладающее связностью и пластичностью. При смачивании сухой глины ощущается характерный запах увлажняемой земли и выделение теплоты. Молекулы воды (диполи) втягиваются между чешуйчатыми частицами каолинита и расклинивают их, вызывая набухание глины. Тонкие слои воды между пластинчатыми частицами глинистых минералов обуславливают характерные свойства глиняного теста.     Пластичность глины – свойство её во влажном состоянии принимать под влиянием внешнего воздействия желаемую форму без образования разрывов и трещин и сохранять полученную форму при последующей сушке и обжиге.       Связующая способность глины – проявляется в связывании зерен непластичных материалов (песка, шамота и др.), а также в образовании при высыхании достаточно прочного изделия – сырца.     Особенность глиняного теста – в способности отвердевать при высыхании на воздухе. Силы капиллярного давления стягивают частицы глины, препятствуют их разъединению, вследствие чего происходит воздушная усадка.     Усадка – это уменьшение линейных размеров и объема глиняного сырца при его сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка) глин (а вместе – полная усадка).       Усадка выражается в процентах (%) от первоначального размера изделия.     В процессе высокотемпературного обжига глина претерпевает физико-химические изменения. Переход глины при обжиге в камневидное состояние происходит следующим образом: сначала испаряется свободная вода, затем выгорают органические вещества. При температуре 700-800 ºС происходит разложение безводного метакаолинита Al2O3•2SiO2, который образовался ранее (при температуре 450-600 ºС) вследствие дегидратации каолинита; затем Al2O3 и SiO2 при повышении температуры до 900 ºС и выше вновь соединяются, образуя искусственный минерал – муллит 3Al2O3•2SiO2. Муллит придает обожженному керамическому изделию водостойкость, прочность, термическую стойкость. С его образованием глина необратимо переходит в камневидное состояние. Вместе с образованием муллита расплавляются легкоплавкие составляющие глины, цементируя и упрочняя материал.     Спекаемостью глин называют их свойство уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок.     С повышением температуры обжига возрастает степень спекания и уменьшается водопоглощение.   3.1. Строительная керамика. (страница 4 из 5)   3.1.4. Общая схема производства керамических изделий.     Производство керамических изделий включает следующие этапы: карьерные работы, механическую обработку глиняной массы, формование изделий, их сушку и обжиг.       Рис. 3.1. Технологическая схема производства (на примере керамического кирпича) 1 — карьер глины; 2 — экскаватор; 3 — глинозапасник; 4 — вагонетка; 5 — ящичный подаватель; 6 — добавки; 7 — бегуны; 8 — вальцы; 9 — ленточ­ный пресс; 10 — резак; 11 — укладчик;  12 — тележка; 13 — сушильные камеры; 14 — туннельная печь; 15 — самоходная тележка; 16 — склад   Карьерные работы включают добычу, транспортирование и хранение промежуточного запаса глины.         Механическая обработка глины осуществляется с помощью глинообрабатывающих машин и имеет цель выделить либо измельчить каменистые включения, гомогенизировать керамическую массу и получить необходимые формовочные свойства.         Стеновые керамические изделия изготавливают способами пластического формования (на ленточных шнековых вакуумных и безвакуумных прессах) и полусухого прессования (из шихты с влажностью 8-10 %, уплотняемой прессованием под значительным давлением 15-40 МПа). Для производства тонких глазурованных мозаичных плиток, служащих для облицовки фасадов, используют способ литья (наливные аппараты наносят шликеры разделительного, плиточного и глазурованного слоев на пористые керамические поддоны, движущиеся по конвейеру).   Подробнее о способах изготовления керамических изделий.           Сушку сырца производят в туннельных и камерных сушилках.         Обжиг завершает изготовление керамических изделий; в процессе обжига формируется их структура, определяющая технические свойства изделия. Обжиг осуществляется в туннельных печах с автоматическим управлением (а также в кольцевых печах). Максимальная температура обжига кирпича и других стеновых керамических изделий 950-1000ºС, необходима для спекания керамической массы.     При пережоге изделия теряют форму, оплавляются с поверхности; недожог обусловлен незавершенностью процесса спекания («алый» цвет кирпича, снижение прочности, сильное уменьшение водостойкости и морозостойкости).     Таким образом, после обжига изделия могут отличаться как по степени обжига, так и по наличию внешних дефектов (отбитость, трещины, искривления и проч.). Так как качество материала, поступающего на строительство, должно быть проверено, необходимо знать, как надо принимать изделия и как определить качество и сорт.   Основные виды керамических изделий и требования к ним.   3.1. Строительная керамика. (страница 5 из 5)   3.1.5. Свойства керамических изделий.           Пористость керамического черепка (пористых изделий) обычно составляет 10-40 %, она возрастает при введении в керамическую массу порообразующих добавок.     Стремясь снизить плотность и теплопроводность, прибегают к созданию пустот в кирпиче и керамических камнях.             Водопоглощение характеризует пористость керамического черепка. Пористые керамические изделия имеют водопоглощение 6-20 % по массе, т.е. 12-40 % по объему. Водопоглощение плотных изделий гораздо меньше : 1-5 % по массе и 2-10 % по объему.         Теплопроводность абсолютно плотного керамического черепка большая – 1,16 Вт/(м ºС). Воздушные поры и пустоты, создаваемые в керамических изделиях, снижают плотность и значительно уменьшают теплопроводность (например, для стеновых керамических изделий с 1800 до 700 кг/м3 и с 0,8 до 0,21 Вт/(м ºС) соответственно).     Введение пустот позволяет уменьшить толщинунаружной стены и материалоемкость ограждающих конструкций.             Прочность зависит от фазового состава керамического черепка, пористости и наличия трещин. Марка стенового керамического изделия (кирпича и др.) по прочности обозначает предел прочности при сжатии, однако при установлении марки кирпича наряду с прочностью при сжатии учитывают показатель прочности при изгибе, поскольку кирпич в кладке подвергается изгибу. Изделия с пористым черепком выпускаются марок М75-М300, а плотные изделия (дорожный кирпич и др.) – М400-М1000.         Морозостойкость. Марка по морозостойкости обозначает число циклов попеременного замораживания  оттаивания, которое выдерживает керамическое изделие в насыщенном водой состоянии без признаков видимых повреждений (расслоение, шелушение, растрескивание, выкрашивание).     Керамические изделия, в зависимости от своей структуры, имеют следующие марки по морозостойкости: F15, F25,F35, F50, F75, F100.             Паропроницаемость стеновых керамических изделий способствует вентиляции помещений, зависит от пористости и характера пор.     Малая паропроницаемость нередко служит причиной отпотевания внутренней поверхности стен помещений с повышенной влажностью воздуха. Неодинаковаяпаропроницаемость слоев, из которых состоит наружная стена, вызывает накопление влаги.     Так, фасадная облицовка стен глазурованными плитками может привести к накоплению влаги в контактном слое «стена-плитка», а последующее замерзание влаги вызывает отслоение облицовки.