Разрушение каменных материалов под атмосферным воздействием и методы его снижения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

Высшего образования

«Уральский Федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Институт Новых материалов и технологий

Кафедра материаловедения в строительстве

Реферат

Тема: Разрушение каменных материалов под атмосферным воздействием и методы его снижения

Выполнил: студент НМТ-200802

Прокофьев Александр Евгеньевич

Руководитель: Руднов Василий Сергеевич

2022 год



Содержание

Введение

Строительные материалы из природного камня

Строительные материалы из искусственного камня

Виды и причины выветривание природных каменных материалов

Методы снижения атмосферного воздействия

Источники



Введение

Каменные материалы и изделия - строительные материалы и изделия, получаемые из горных пород за счет применения механической обработки (дробление, раскалывание, пиление, шлифование и т.д.). Так получают облицовочные плиты, камни и блоки для кладки стен, фасонные изделия, щебень. В результате механической обработки природные каменные материалы почти полностью сохраняют физико-механические свойства горной породы, из которой они были получены. Некоторые горные породы (песок, глина, гравий) используют без обработки. Эти виды строительных материалов называют нерудными.

Каменные материалы являются прочными, огнестойкими и долговечными, эти качества позволяют найти им большую область применения для различных нужд человека. Из-за трудоемкой работы с каменными материалами их почти не используют в строительстве массивных сооружений: стены, купола и другие несущие конструкции. Ввиду своей эстетичности и практичности применяются в создании дорожных покрытий, облицовочных работах и т.д. Имеют большое практическое значение отходы камнеобрабатывающих производств - используются в качестве заполнителя для бетонов, сырья для изготовления других каменных изделий.

В период эксплуатации строительного материала в его контактных зонах и вяжущих областях возникают вторичные структурные центры, которые со временем укрепляются. Объединившись с первичными центрами структуры в единое целое, они принимают участие в дополнительных процессах, направленных на уплотнение структуры строительного материала за счет увеличения концентрации твердых фаз, которые являются основным носителем упрочнения. В результате проведения таких манипуляций, возникает не только упрочнение структуры строительного материала относительно механических нагрузок, но и улучшение других имеющихся свойств.

Ярким примером упрочнения структуры материала в эксплуатационном периоде является цементный бетон и его вяжущие части при контакте со щавелевой кислотой. Кислота способна проникать в поры бетона и образовывать там малорастворимые соли в сочетании с плотными продуктами, которые имеют низкую диффузионную проницаемость.

Но нельзя путать упрочнение структуры строительного материала с отвердением, связанным со старением материала. Положительно влияющим на долговечность можно считать упрочнение, не связанное с так называемым «старением» материала, следствием которого является повышенная хрупкость.

Для определения факторов и свойств, влияющих на долговечность строительных материалов, изучают структуру материалов на молекулярном, надмолекулярном и макроскопических уровнях, а потом переходят к изучению их физических свойств.

Существует три основных фактора влияющие на долговечность: физические, химические и механические.



Строительные материалы из природного камня

Материалы из природного камня в строительстве применяются с незапамятных времен. Основными и широко используемыми материалами из природного камня являются песок (горный и речной), гравий, мел, каолин, щебень, которые относятся к грубообработанным каменным материалам. Кроме перечисленных материалов, в строительстве применяются обработанные каменные материалы: пиленые штучные камни и блоки для стен, камни, плиты и профильные изделия с различно обработанной поверхностью для наружной и внутренней облицовки зданий и сооружений.

Природные каменные материалы подразделяют на сырьевые и готовые материалы и изделия. Это подразделение в некоторой степени условное, так как отдельные материалы могут быть полуфабрикатами и фабрикатами. Так, щебень для бетонов выступает как полуфабрикат. Он же, применяемый для балластного слоя железнодорожного пути, является готовым материалом.

К сырьевым материалам относят щебень, гравий и песок, применяемые в качестве заполнителей для бетонов и растворов; известняк, мел, гипс, доломит, магнезит, глина, мергели и другие горные породы - для изготовления строительной извести, гипсовых вяжущих, магнезиальных вяжущих, портландцементов.

Готовые каменные материалы и изделия подразделяют на материалы и изделия для дорожного строительства, стен и фундаментов, облицовки зданий и сооружений.

1. К каменным материалам для дорожного строительства относят булыжный, колотый, брусчатый и бортовые камни, щебень, гравий, песок. Их получают из изверженных и прочных осадочных горных пород.

Булыжный камень представляет собой зерна горной породы с овальными поверхностями размером до 300 мм.

Колотый камень должен иметь форму, близкую к многогранной призме или усеченной пирамиде с площадью лицевой поверхности не менее 100 см2 для камней высотой до 160 мм, не менее 200 см2 - при высоте до 200 мм и не менее 400 см2 - при высоте до 300 мм. Верхняя и нижняя плоскости камня должны быть параллельными.

Колотый камень изготавливают из хорошо обрабатывающихся горных пород с пределом прочности при сжатии не менее 100 МПа. Булыжный и колотый камни применяют для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог, крепления откосов насыпей, каналов.

Камень брусчатый для дорожных покрытий имеет форму прямоугольного параллелепипеда. По размерам подразделяют на высокий (БВ), длиной 250, шириной 125 и высотой 160 мм, средний (БС) с размерами соответственно 250, 125, 130 мм и низкий (БН) с размерами 250,100 и 100 мм. Верхняя и нижняя плоскости камня параллельны, боковые грани для БВ и БС сужены на 10 мм, для БН - на 5 мм. Изготавливают его из гранита, базальта, диабаза и других горных пород с пределом прочности при сжатии 200-400 МПа. Применяют для мощения площадей, улиц.

Камни бортовые из горных пород применяют для отделения проезжей части дорог от разделительных полос тротуаров, пешеходных дорожек и тротуаров от газонов и т. п. По способу изготовления подразделяют на пиленые и колотые. По форме бывают прямоугольные и криволинейные. Имеют высоту от 200 до 600, ширину - от 80 до 200 и длину - от 700 до 2000 мм. Щебень представляет собой рыхлый материал, полученный дроблением скальных горных пород с прочностью 80-120 МПа. При размере зерен от 5 до 40 мм его применяют для черного щебня и асфальтобетона при строительстве автомобильных дорог, щебень с зернами от 5 до 60 мм служит для устройства балластного слоя железнодорожного пути.

Гравий - рыхлый материал, образовавшийся при естественном разрушении горных пород. Имеет скатанную форму. Для изготовления черного гравия применяют гравий с размером зерен от 5 до 40 мм, а для асфальтобетона его дробят обычно на щебень.

Песок - рыхлый материал с размерами зерен от 0,16 до 5 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения или полученный искусственным дроблением горных пород. Применяют его для подстилающих слоев дорожных одежд, приготовления асфальтовых и цементных бетонов и растворов.

2. К каменным материалам и изделиям для фундаментов и стен относят бутовый камень, камни стеновые из горных пород, крупные стеновые блоки.

Бутовый камень представляет собой штучный камень размером 150-500 мм и массой 20-40 кг. По форме его подразделяют на рваный, постелистый и плитняковый.

Рваный камень представляет собой куски неправильной формы с бугристой поверхностью. Постелистый имеет не менее одной небугристой грани, плитняковый - две параллельные грани. Получают бутовый камень из изверженных, осадочных и метаморфических горных пород. Применяют для устройства бутовых и бутобетонных фундаментов, подземных стен, стен неотапливаемых зданий.

Камни стеновые из горных пород - материал в виде прямоугольного параллелепипеда размером 390x190x188, 490x240x188 и 390x190x288 мм. Изготавливают их из горных пород со средней плотностью до 2200 кг/м3 в основном из известняков и туфов. Применяют для кладки стен, перегородок и других частей зданий и сооружений. Крупные стеновые блоки изготавливают выпиливанием из горных пород средней плотностью до 2200 кг/м3. Это вулканические туфы, известняк, доломиты. Применяют их для кладки наружных стен.

3. К облицовочным материалам и изделиям из природного камня относят плиты облицовочные пиленые, архитектурно-строительные изделия, плиты декоративные.

Плиты облицовочные пиленые из природного камня получают распиливанием каменных блоков. Они имеют длину от 150 до 1500, ширину от 150 до 1200 и толщину от 8 до 30 мм. Применяют их для наружной и внутренней отделки зданий и сооружений. Для облицовки стен изготавливают плиты из гранита, сиенита, диорита, лабродорита, базальта, мрамора, известняка, песчаника, туфа и других горных пород. Настилка полов выполняется плитами из гранита, лабродорита и реже мрамора. Плиты из мрамора можно склеивать.

4. Архитектурно-строительные изделия из природного камня получают из блоков или непосредственным выпиливанием из горных пород. Предназначены для наружной и внутренней облицовки зданий и сооружений, устройства парапетов, ограждений лестниц. Изготавливают их из гранита, мрамора, плотного известняка, доломита, песчаника и других горных пород.

Цокольные пиленые и колотые блоки имеют длину от 500 до 1500, ширину - от 200 до 1200, толщину - от 40 до 60 для пиленых и от 100 до 300 мм для колотых. Фактура поверхности может быть пиленая, обработанная ультразвуком, шлифованная, лощеная, полированная, «скала», точечная, термообработанная.

Накрывочные пиленые и колотые плиты имеют длину от 500 до 1500, ширину от 200 до 500 и толщину от 15 до 40 для пиленых и от 100 до 150 мм для колотых. Фактура такая же, как и для цокольных плит, за исключением «скалы».

Подоконные пиленые плиты имеют длину от 600 до 1500, ширину от 220 до 400 и толщину от 20 до 40 мм со шлифованной, лощеной или полированной фактурами.

Цельные пиленые и колотые ступени изготавливают длиной от 600 до 1500, шириной от 260 до 400 и толщиной от 80 до 120 у пиленых и от 120 до 200 мм у колотых. Фактура поверхности может быть пиленая, шлифованная, лощеная, полированная или термообработанная. У колотых ступеней - точечная.

Проступи пиленые имеют длину от 600 до 1500, ширину от 300 до 400 и толщину от 20 до 40 мм. Фактура поверхности - пиленая, шлифованная, полированная, термообработанная или точечная.

Парапеты пиленые прямые и криволинейные изготавливают длиной от 500 до 1500, шириной от 80 до 200 и высотой от 500 до 1200 мм, парапеты колотые - длиной от 500 до 1500, шириной от 200 до 400 и высотой от 500 до 1200 мм. Имеют пиленую, шлифованную, полированную, термообработанную или точечную фактуру.

5. Кроме перечисленных выпускают сложнопрофильные архитектурные изделия: колонны, балясины, детали обрамления порталов, детали карниза, междуэтажные пояса, камни кардонные.

Плиты декоративные на основе природного камня получают из природного камня и неорганических или полимерных связующих. Изготавливают с мозаичной, брекчиевидной или орнаментной поверхностью. Имеют прямоугольную форму длиной от 200 до 1500, шириной от 200 до 1200 и толщиной от 10 до 40 мм. Предназначены для наружной и внутренней облицовки зданий и сооружений.

По существующим строительным нормам и правилам природные каменные материалы классифицируют по следующим признакам: объемной массе - тяжелые - с объемной массой более 1800 кг/м 3 и легкие - менее 1800 кг/м 3; по пределу прочности при сжатии - на марки: 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800 и 1000 - соответственно от 0,4 до 100 Мпа. Самым распространенным и применяемым каменным материалом в строительстве является песок горный и речной.

Не менее широко в строительстве применяются такие каменные материалы, как мел и каолин.

Мел представляет собой осадочную горную породу, по химическому составу - чистый углекислый кальций CaCO 3.

В строительстве и лакокрасочной промышленности также широко применяется каолин - продукт разрушения горных пород, содержащих полевые шпаты. Каолин - это белая глина, по химическому составу является водным силикатом алюминия; добавляют в колеры, содержащие мел, для улучшения их малярно--технических качеств.

Для дорожного строительства и при изготовлении бетонных и железобетонных изделий постоянно и в больших объемах используется гравий доломитовый или гранитный, который представляет собой продукт разрушения горных пород, в виде мелких или относительно крупных камней (отшлифованных водой) размером от 5 до 75,0 мм, средней плотностью более 2 г/см 3.

Гравий по морозостойкости подразделяется на марки: мрз 15, 25, 50, 100, 150, 200, 300.

В качестве крупного заполнителя для бетонов монолитных, сборных бетонных и железобетонных изделий, а также в дорожном строительстве постоянно и в больших количествах используется щебень - в виде каменных кусков неправильной формы размерами от 15 мм до 150 мм. Щебень бывает природный (дресва) и дробленый. Дробленый щебень получается путем измельчения крупных кусков горных пород на щебеночных заводах.

По морозостойкости щебень подразделяется на следующие марки: мрз 15, 25, 50, 100, 150, 200, 300.

Аналогично щебню применяется бутовый камень - в строительстве для устройства фундаментов, в качестве заполнителя бутобетона при возведении бетонных и железобетонных массивных сооружений, при прокладке и ремонте автомобильных дорог. Размеры кусков бутового камня - от 150 до 500 мм.

По морозостойкости бутовый камень подразделяется на марки: Мрз 15, 25, 50, 100, 150, 200, 300.

В строительстве широко и в больших объемах применяются различные каменные стеновые материалы - кирпич, камни, мелкие блоки и плиты, которые делятся на рядовые, предназначенные для кладки наружных и внутренних стен, и лицевые - для облицовки стен.

Исходя из особенностей и свойств каждого материала, определив их износостойкость и устойчивость к внешним условиям, можно разработать тактику предотвращения и защиты природного камня от коррозии.

Строительные материалы из искусственного камня

1. Обжиговый способ производства

Этот способ подразумевает формирование камня из многокомпонентной смеси с последующим влиянием на нее высоких температур. Производные, полученные из обожженной глины (керамические) применяются в строительной отрасли для создания дорожных покрытий, возведения стен, создания фундаментов и перекрытий, для кладки каминов и печей, дымовентиляционных ходов, для декоративной отделки полов и стен.

Виды обжиговых (керамических) строительных материалов

- Изделия повышенной прочности (цельные). Подходят для возведения стен, мощения мостовых и т.д.

- Комбинированные (пористо-дырчатые). Их целесообразно использовать при изоляции нагревающихся плоскостей, а также для обустройства помещений внутри и для отделки наружных фасадов домов с умеренной влажностью (но стены, все равно, лучше оштукатурить и облицевать, в виду наличия повышенных гидрофильных свойств данного материала) и для заполнения каркасов высотных домов.

- Пустотелые. Данный вид стройматериалов изготавливается из особо чистых и более пластичных глин исключительного качества. Пустотелые кирпичи, как правило, обжигаются при более высоких значениях температур, чем цельные. Такие обжиговые изделия тоже применяют для сооружения стен и перестенков, для заполнения каркасов многоэтажек. Целесообразно выбирать такой пустотный кирпич при прокладке скрытой электропроводки, телефонных и других коммуникационных кабелей.

Пустотелый (многодырчатый) кирпич. В таких кирпичах полости, перпендикулярные рабочей поверхности, могут иметь различную форму. Пустотелый кирпич гораздо легче, чем стандартный.

Стеновые блоки керамические. Габариты таких каменных блоков в несколько раз больше, чем размеры стандартных кирпичей. Пустоты в керамических блоках могут быть внутренними и сквозными. На гладких боковых поверхностях иногда делают пазы, что значительно облегчает последующий процесс монтажа.

2. Безобжиговый способ производства

Такой метод основан на естественном загустении сформированной сырьевой массы, либо ее застывании в особых камерах при воздействии тепла и пара. Еще один способ - заливка раскаленного сырья в форму.

Виды искусственных камней, полученных безобжиговым способом

- Силикатные стройматериалы

Базовое сырье для производства такого вида материалов - смесь кварцевого песка, воды и извести. Силикатные материалы бывают пяти степеней прочности (75, 100, 125, 200, 250). Силикатные материалы используются во всех тех же строительных процессах, что и керамические. Отличие заключается в неприемлемости применения силикатных изделий в помещениях с повышенной влажностью (ванные, бассейны, сауны, спортзалы и пр.). Нельзя их использовать и для отделки нагревающихся поверхностей (печи, камины и т.д.). По своей структуре и габаритам, силикатные стройматериалы классифицируют так:

* Кирпичи одинарные 65х120х250 (полнотелые и с пористыми заполнителями).

* Утолщенные кирпичи 88х120х250 (полнотелые и с пористыми заполнителями).

* Кирпичи пустотелые 138х120х250.

Блоки стеновые силикатные бетонные. Такие блоки значительно упрощают процесс создания фундаментов, стен и перегородок. Существует такая габаритная и текстурная градация данных изделий:

* целые - 188х190х390;

* продольные половинчатые - 188х90х390;

* перегородочные - 188х90х590.

- Бетонные материалы

Базовая смесь таких искусственных каменных стройматериалов состоит из вяжущей субстанции, заполнителей, воды и добавок. Данная смесь легко перемешивается, быстро густеет и каменеет. Для усиления прочностных показателей бетон может быть армирован стальными или синтетическими волокнами.

По виду, примененного вяжущего вещества бетоны делятся на:

- Гипсовые. строительный камень выветривание атмосферный

- Цементные.

- Силикатные.

- Полимербетоны.

- Асфальтобетоны.

Заполнители, задействованные в процессе производства бетона (гравий, песок, керамзит, пемза, щебенка, шлак, ракушняк и др.), должны быть очищены от сторонних примесей, типа гумуса и глины.

Виды камня, наиболее популярные в строительной сфере

Керамогранит

Крепкий материал, стойкий как к высоким, так и к низким температурам, визуально больше похож на стеклокерамику, нежели на камень. Получают его методом прессования, под воздействием вибрации и высокого давления с применением последующего обжига. Базовое сырье: глина нескольких видов, шпат полевой, минеральные добавки и красители. Полированные, лощеные, глазурованные, рельефные, матовые, глянцевые, структурированные плитки часто выбирают для декорации стен и полов, для возведения вентилируемых фасадов и пр.

По составу выделяют:

- Гомогенный керамогранит с однородно окрашенной текстурой, которая сохраняет яркость со временем и практически не истирается.

- Прокрашенный керамогранит, структура которого сложена из двух прослоек. Первая - базовая, вторая (более тонкая) пигментированная. Такой метод создания материала позволяет снизить расход довольно дорогих красящих пигментов.

- Глазурованный керамогранит -- это та же декоративная плитка, только на керамогранитной подложке.

Агломераты (конгломераты)

Идеальные имитации таких природных материалов, как яшма, гранит, мрамор, оникс, сланец, лазурит и пр. Прочные, морозоустойчивые материалы, стойкие к деформационным воздействиям. Основные составляющие конгломератов -- это смола полиэфирная, наполнитель (мраморная крошка, песок кварцевый, гранит, известняки др.) и красители. К недостаткам агломератов можно отнести подверженность истиранию, влиянию ультрафиолета и кислот. Данный материал не подходит для обустройства «теплых» полов, т.к. смола, являющаяся базовым компонентом, может плавиться под действием высоких температур. Правда, сегодня уже изобретены специальные конгломераты для таких полов, где смола заменена цементом. Поэтому различные изделия из агломератов особо популярны в строительстве. Элементы декора, столешницы, ванные, разнообразная облицовка (фасадов, стен, полов, потолков, лестниц, бассейнов и ванных комнат). Вот далеко не полный список областей использования данного вида искусственного камня.

Искусственный камень на базе бетона

Наиболее популярный материал для внутренней и фасадной отделки. Основные компоненты такого сырья -- цемент (обычный или портландский), песок, пластификаторы, наполнитель (керамзит, пемза, керамическая крошка), армирующие добавки, гидрофобизаторы и красители.



Виды и причины выветривание каменных материалов

Дaже прочные кaменные мaтериалы имеют свой срок службы и начинают разрушаться под влиянием климатических и других условий воздействия окружающей среды. Основными причинами разрушения (выветривания) таких материалов являются: растворяющее действие воды (усиливается растворенными в ней газами - оксид углерода, оксид серы и др.);

Рисунок 1 коррозия бетона под дейстивем воды

замерзание воды в трещинах и порах материала (сопровождается появлением в камне больших внутренних напряжений, также резкое изменение температур становится причиной появления микротрещин на поверхности материалов, особенно из полиминеральных пород); появление микротрещин, которые становятся очагами разрушения. Различные микроорганизмы и растения (мхи, лишайники), поселяясь в порах и трещинах камня, извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, которые вызывают биологическое разрушение камня. Имеется прямая зависимость между величиной внутренней (поры, микротрещины, каверны) и внешней поверхности материала - чем больший процент погодонеустойчивых минералов, чем более шероховатая поверхность, тем быстрее протекает коррозия.

Исходя из поведения при действии щелочных или кислых сред каменные материалы обычно делят на две подгруппы.

К первой подгруппе относятся природные известняки, доломиты, мрамор. Общим для этих материалов является преобладание оксидов кальция или магния. Все они обладают высокой щелочестойкостью и низкой кислотостойкостью.

Ко второй подгруппе относятся каменные материалы, состоящие преимущественно из чистого кремнезема, различных солей кремниевых и поликремниевых кислот, алюмосиликатов, так называемые “кислые” горные породы. Эти породы имеют высокую кислотоустойчивость и низкую щелочестойкость. Плотные и прочные “кислые” изверженные горные породы -- кварц, гранит, диабаз, базальт и т.п. -- характеризуются весьма высокой стойкостью не только к кислотам при высокой температуре и при любых концентрациях, но и к щелочам низких и средних концентраций при невысоких температурах.

Механизм разрушения каменных материалов при циклическом замораживании заключается в том, что заполняющая поры камня вода при замораживании увеличивается в объеме приблизительно на 9% и возникающие при этом внутренние напряжения разрывают материал. Так как давление льда во внутренних частях камня компенсируется таким же в соседних участках, то разрушение от мороза обычно протекает с поверхности и начинается с углов и ребер.

Морозостойкость породы зависит от минералогического состава, однородности и крупности кристаллов, так как вследствие изменения объема при перепадах температуры от +18 до -20°С могут быть нарушены кристаллизационные связи.

Весьма важным оказывается и то, насколько заполнены водой поры камня. Если они заполнены только на 80-85%, вода имеет возможность расширяться внутри пор, при этом сильного разрушения не происходит, то есть порода является морозостойкой. Наиболее легко разрушаются морозом относительно малопрочные, сильнопористые и одновременно сильно насыщаемые водой камни.

Причины коррозии строительных каменных материалов можно разделить по следующей классификации: 1) внешние причины коррозии; 2) внутренние причины коррозии и разрушения.

1. К внешним причинам относятся:

- изменения температуры (сезонные и дневные колебания);

- процессы увлажнения и высыхания, атмосферные осадки;

- механические воздействия (выветривание, удары волн в гидротехнических сооружениях, истирание, динамические нагрузки);

- химическое воздействие внешней среды (газовый состав воздушной среды, водные растворы электролитов, влага, органические загрязнения и др.).

Газовая и жидкостная коррозия в каменных строительных материалах протекает под воздействием жидких и газообразных агрессивных сред, содержащих следующие основные катионы и анионы:

- при газовой коррозии: CO₂, H₂S, NH₄⁺ и др.;

- при жидкостной коррозии: Mg²⁺; К⁺, Na⁺; Al³⁺; H⁺; Cu²⁺; Fe²⁺; Fe³⁺; OH-; SO₄^2-; CO₃^2-; HCO₃- и др.

Биологическая коррозия - коррозия под воздействием бактерий, микроорганизмов, плесневых грибов, насекомых и их личинок и других биологических разрушителей.

Биологической коррозии особенно интенсивно могут подвергаться бетоны и строительные растворы зданий и сооружений пищевой промышленности: мясной, сахарной, молочной, овощеперерабатывающей, кондитерской и др. Бактерии, плесневые грибы и некоторые водоросли способны развиваться на конструкциях из бетона и проникать в капиллярно-пористую структуру строительного материала. Продукты метаболизма биологических объектов повреждений (органические кислоты и ферменты) разрушают компоненты цементного камня, особенно интенсивно в условиях повышенной влажности.

2. Внутренние причины коррозии обусловлены химическим строением материала, его природой, структурой и составом. К этим причинам относятся:

- водопоглощение и водопроницаемость строительных материалов, изделий и конструкций;

- взаимодействие щелочей цементов с кремнеземом заполнителя в бетонах и цементных камнях;

- внутренние напряжения в искусственном камне (структурная коррозия);

- изменения объемов из-за различия коэффициента температурного расширения цемента и наполнителя;

- коррозия за счет наличия в составе бетонов ПАВ, пластифицирующих и прочих добавок и некоторые др.

Факторы, влияющие на коррозионные процессы материалов, можно также разделить на две группы: физические и химические.

К физическим факторам относятся:

- температурные колебания окружающей среды;

- влажностные колебания среды;

- кристаллизация солей с увеличением объема в порах и капиллярах камней;

- подсос агрессивной среды внутрь бетона за счет осмотического давления.

К химическим факторам коррозии каменных и бетонных материалов относятся:

- химическое воздействие агрессивных сред: водной, газообразной, органических веществ;

- химическая природа составляющих компонентов бетонов и цементных растворов.

Каменными называют конструкции, выполняемые из каменной кладки, состоящей из природных или искусственных камней, соединяемых между собой раствором.

В армокаменных конструкциях с целью повышения несущей способности применяется стальная арматура.

Каменные материалы различают:

1. По происхождению - природные и искусственные;

2. Величине - кирпич высотой 65, 88 и 103 мм, крупные блоки и панели высотой 500 мм и более;

3. Структуре - сплошные, пустотелые, пористые;

4. Пределу прочности:

- камни малой прочности, марки: 4, 7, 10, 15, 25, 35 и 50 (кгс/см2) (сырцовый кирпич, слабые известняки, легкий кирпич);

- камни средней прочности, марки: 75, 100, 125, 150, 200 (кгс/см2) (обычный кирпич, бетонные и природные камни);

- камни высокой прочности, марки: 250, 300, 400, 500, 600, 800 и 1000 (кгс/см2) (клинкерный кирпич, бетонные и тяжелые природные камни);

5. Морозостойкости: F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300.

Морозостойкость определяется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдерживает образец без снижения прочности более чем на 25 % от первоначальной.

Долговечность каменных материалов зависит от морозостойкости и определяется сроком службы конструкций без снижения эксплуатационных свойств.

Строительные нормы устанавливают три срока службы каменных конструкций: 100, 50 и 25 лет.

Растворы для каменных кладок:

1. При плотности массы в сухом состоянии 1500 кг/м3 и более растворы относят к тяжелым; до 1500 кг/м3 - к легким. В тяжелых растворах применяются плотные заполнители, в легких - пористые.

2. По пределу прочности на кубиках с размерами сторон 7.07 см устанавливаются марки растворов: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150 и 200 (кгс/см2).

3. По виду вяжущих различают цементные, известковые и смешанные (цементно-известковые и цементно-глиняные) растворы. Известь и глина являются пластификаторами, обеспечивающими удобную укладку раствора, отчего швы кладки заполняются более равномерно и повышается прочность кладки. Расчетные сопротивления кладки на “жестком” цементном растворе ниже на 15 %, чем на смешанных растворах.

При сжатии кладки в кирпиче возникают не только напряжения сжатия, но и изгиба, растяжения и среза. Это происходит из-за того, что кирпич опирается не всей поверхностью, а только участками по причине неровности поверхностей кирпича и разной толщины раствора. Сжимающие силы, действующие через раствор на кирпич сверху и снизу, не совпадают. Поэтому в кирпиче возникают напряжения изгиба и среза.

Модуль упругости кирпича больше модуля упругости раствора. Поэтому менее жесткий раствор выжимается из швов и тянет за собой кирпич, разрывая его. Для уменьшения растяжения кирпича в горизонтальные швы кладки укладываются арматурные сетки.

Вертикальные швы кладки хуже заполняются раствором. Кроме того, сцепление раствора с кирпичом в вертикальных швах меньше прочности кирпича на растяжение. Поэтому над и под вертикальными швами в кирпиче возникают трещины от концентрации напряжений.

Стадии напряженного состояния

От момента загружения кладки до ее разрушения различают четыре стадии напряженного состояния.

В первой стадии трещины в кладке отсутствуют. При переходе во вторую стадию появляются небольшие трещины в кирпичах над и под вертикальными швами кладки, которые являются концентраторами напряжений (рис. 3).

Рисунок 3 Четыре стадии напряженного состояния каменной кладки при сжатии

Величина нагрузки, при которой появляются трещины, зависит от прочности кирпича, системы перевязки кладки и деформативных свойств раствора.

При оценке запасов прочности поврежденной кладки должно учитываться повышение ее хрупкости с увеличением возраста кладки и с применением малодеформируемых цементных растворов. При большом возрасте кладки, выполненной на цементном растворе, резервы ее прочности снижаются и составляют всего 20-40 % от разрушающей нагрузки.

Во второй стадии трещины не растут без повышения нагрузки. Далее, при увеличении нагрузки, наступает третья стадия. Трещины пересекают несколько рядов кладки, разбивая ее на отдельные столбики шириной в половину кирпича. При этом разрушение может произойти без увеличения нагрузки.

Концом третьей стадии является стадия разрушения, когда отдельные кирпичные столбики, на которые расслоилась кладка, теряют устойчивость.



Методы снижения атмосферного воздействия

Все мероприятия по защите каменных материалов от выветривания направлены на повышение их поверхностной плотности и на предохранение от воздействия влаги.

Стойкость материалов против выветривания можно повысить конструктивными мерами, к числу которых относятся обеспечение хорошего стока воды, устранение в конструктивном элементе выступов, придание камням плотной и гладкой поверхности. Стойкость против выветривания пористых материалов существенно повышается при создании на их лицевой поверхности плотного водонепроницаемого слоя или гидрофобизации. Одним из способов повышения поверхностной плотности камня является флюатирование, при котором пористые известняки пропитывают солями кремнефтористоводородной кислоты, например, флюатом магния. В результате реакции

MgSiF6 + 2CaCO3 = 2CaF2 +SiO2 +MgF2 + 2CO2

в поверхностных порах камня отлагаются труднорастворимые в воде фториды кальция и магния, а также кремнезем. Некарбонатные пористые породы перед пропиткой флюатами предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей, например, хлористым кальцием CaCl2,

Гидрофобизация, т.е. пропитка пористого каменного материала гидрофобными (водоотталкивающими) составами, резко понижающими проникание влаги в материал, в частности путем капиллярного подсоса, также повышает стойкость материалов против выветривания.

Меры борьбы с выветриванием могут быть конструктивными и консервационными.

Конструктивные меры заключаются в создании рациональных конструкций (отсутствие выступов, карнизов, на которых могла бы задерживаться вода; шлифовка и полировка камня и т.д.).

Консервационные меры заключаются в пропитке камня на достаточную глубину специальными составами

Флюатирование -- способ, применяемый для известняков. При пропитывании их раствором флюатов Кесслера (солей крем нефтористоводородной кислоты) получается целый ряд трудно растворимых в воде соединений. Например, при применении магниевого флюата образуются трудно растворимые соединения:

MgSiF6 + 2СаСО3 = 2CaF2 + MgF2 + Si02 + 2СО2

Аванфлюатирование -- способ, применяемый для камней, не содержащих СаС03. В этом случае камень перед флюатированием пропитывают составом, содержащим известковую или иную соль, с которой флюат дает нерастворимые соединения.



Источники

1. Журавлёв И. П., Лапшин П. А. Каменщик / Э. Юсупянц. 2-е. Ростов н/Д.: Феникс (издательство), 2000. 416 с. (Начальное профессиональное образование). ISBN 5-222-03437-2.

2. ГОСТ 530--2012. Кирпич и камень керамические. Общие технические условия.

3. ГОСТ 379--2015. Кирпич, камни, блоки и плиты перегородочные силикатные. Общие технические условия.

4. Дубинин П. И., Дубинина А. П. К вопросу о классификации обработки природного камня // ГИАБ. 2006. №5. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/k-voprosu-o-klassifikatsii-obrabotki-prirodnogo-kamnya (дата обращения: 16.04.2022).

5. Уряшева Наталья Николаевна Взаимодействие микроорганизмов с каменными строительными материалами // Вестник ЮУрГУ. Серия: Строительство и архитектура. 2017. №3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vzaimodeystvie-mikroorganizmov-s-kamennymi-stroitelnymi-materialami (дата обращения: 16.04.2022).

Размещено на Allbest.ru

...