Химические и физико-механические свойства натуральных камней

О химическом составе и свойств облицовочного натурального камня судят по данным количественного минералогического анализа. Точный химический анализ производят в тех случаях, когда необходимо выяснить причины окраски отдельных участков камня, род цемента в песчаниках, присутствие вредных примесей и т. п.

Объемный вес камня (P1 в г/см3)

— вес единицы объема материала в естественном состоянии. Он позволяет установить величину нагрузки от веса облицовки на ее нижние ряды или каркас здания, мощность транспортных механизмов, а также теплотехнические свойства камня.

Взвешивание (не менее чем трехкратное) производится на технических весах; объем наиболее точно определяется путем тщательных измерений геометрически правильных кубов, призм и цилиндров и других образцов, предназначенных для последующих механических испытаний. Для образцов неправильной формы точные значения объема можно получить гидростатическим взвешиванием материала, предварительно насыщенного водой или покрытого парафином.

Удельный вес камня (Р в г/см3)

—вес единицы объема вещества без пор. В сопоставлении с объемным весом он характеризует пористость материала.

Порода истирается в порошок, сушится и просеивается через сита

в 900 и 4900 отв/см2 (величина частиц не более 0,25 мм). Для испытания отвешивается 70 г с точностью до 0,01 г.
Определение удельного веса производится на специальном приборе Лешателье-Кандло, помещаемом в стеклянный сосуд с водой. При взятии отсчетов температура воды должна быть одинаковой.

Величина удельного веса определяется как среднее из двух опытов.

Точность определения — 0,01; расхождение между результатами опытов не более 0,02.

Для более точных определений (при малопористых породах) измерение производится пикнометрами с точностью до 0,002.

Пористость и плотность камней.

Пористость выражает объем пор; численно она равна Р - Р1 / Р х 100%.

Плотность определяется отношением объемного веса к удельному весу: Р1/Р

Прочность

характеризуется показателями предельного сопротивления различным механическим усилиям (измеряется в кг/см2).

1. Предел сопротивления сжатию определяется на кубиках 50Х50Х Х50 мм для прочных пород и 70X70X70 мм — для слабых. Иногда испытания ведут на образцах цилиндрической формы (высота цилиндра равна диаметру, т. е. 50 мм).

На изготовление образцов должно быть обращено особое внимание. Пробный блок, отвечающий среднему типу породы размером около 30 X 30 X 40 см, доставляемый из карьера, распиливается в лаборатории на призмы и кубики. Цилиндры получаются высверливанием. Изготовление кубиков путем ударной обработки не допускается: подобные кубики всегда дают пониженные результаты. Пришлифовка рабочих поверхностей кубиков и цилиндров для твердых пород должна производиться с точностью 0,01 мм (под лекальную линейку).

Полировка рабочих поверхностей или смазка их не допускается.

Образцы раздавливаются прессом: нарастание давления до предельной, разрушающей величины производится со скоростью 20 кг/см2в сек.

Величина предельного сопротивления колеблется в зависимости от формы образца: наибольшую величину предельного сопротивления при равной высоте дает кубический образец, среднюю величину — цилиндрический, наименьшую — прямоугольный.

Большинство данных в справочной литературе дается для кубических образцов.

Расчет ведется по формуле: δсж= Р /F кг/см2,

где Р — разрушающая нагрузка;

F— рабочее сечение образца.

Как правило, испытание на сжатие производится над образцами сухими, водонасыщенными и после замораживания. Изделия из естественного камня по результатам испытания ка сжатие делятся на марки: «100», «150». «200», «300», «400», «500»; «600»; «800»; «1000» и выше.

2. Предельное сопротивление изгибу определяется на призмах прямоугольного сечения. Образец устанавливается на вращающихся опорах; нагрузка прилагается к середине образца.
Предел сопротивления изгибу изгибу

δ = 3 • Р • I
......2 • b • h2

  • где Р — разрушающий груз (кг);
  • I — расстояние между опорами (см);
  • b — ширина призмы в поперечном сечении (см);
  • h — высота призмы в поперечном сечении (см);

3. Предел сопротивления разрыву определяется для камней, предназначенных для ответственных сооружений.

4. Предел сопротивления скалыванию определяется редко; это испытание производят для выявления качества клея при наклеивании мозаики или хрупких разновидностей мрамора на прочную основу. Образец, состоящий из двух склеенных пластинок, закрепляется в специальном приборе. Испытание можно производить на прессе любой конструкции.

5. Испытание на удар производится над камнями для половых плит, ступеней и мостовых. Образцы имеют вид цилиндриков с диаметром, равным высоте, т. е. 25 мм. Испытание производится на копре.

Удары по образцу наносятся грузом весом 2,0 кг через сферический подбабок. Высота подъема груза, начиная с 10 мм. после каждого удара увеличивается на 10 мм. Числовая характеристика прочности — вязкости породы — определяется числом ударов, которое необходимо для разрушения образца. Она может быть также выражена суммарной работой груза, затраченной на разрушение 1 см3 образца:

W= Р(1+2 + 3. . +n) кгсм
................V.............cм3

  • где W—работа груза;
  • Р — вес груза (кг);
  • п — число ударов;
  • V — объем образца (см3).

Минимальное число испытаний — пять.

6. Истираемость определяется преимущественно у пород, предназначенных для пола и ступеней. Ее величина является также показателем обрабатываемости и твердости камня. Испытание производится на приборах Дорри.

Круг Дорри. Кубики прижимаются к чугунному вращающемуся диску с силой в 0,6 кг/см2 Путь истирания — 500 м. Абразив — кварцевый песок зернистостью 0,3—0,5 мм, в количестве 0,5 кг на каждый истираемый образец. Потеря в весе дается в г/см2 истираемой площади образца.

7. Другие свойства. Модуль упругости (Е) определяется обычно при сжатии образца призматической формы (в лаборатории Института геологических наук Академии наук СССР принят размер 5X5X12 см). Измерение деформаций производится точными тензометрами, так как деформации весьма малы. Модуль упругости камня колеблется от 1 • 105 кг/см2 для мягких и до 12• 105 кг/см2 для твердых пород.

Коэффициент Пуассона (ц) определялся пока для небольшого числа пород. По данным лаборатории Института геологических наук его значение близко к 0,25—0,30.

свойства природного камня

Специальные методы. Эти методы основаны на ускоренном воспроизведении в лабораторных условиях процессов, разрушающих ка« мень в облицовка при нормальной службе в здании.
Прямое испытание морозостойкости. Образцы в виде кубиков 5X5X5 см насыщаются водой при комнатной температуре и помещаются на 4—5 часов в холодильную камеру с температурой в пределах —15 —20° С, после чего их оттаивают в течение не менее 2 часов при комнатной температуре; цикл повторяется 25 раз.

Камень считается морозостойким, если он выдержал 25 циклов (без трещин и других видимых повреждений). Для однородных камней с водопоглошаемостью до 0,5%, как заведомо морозостойких, это испытание считается не обязательным.

Кубики, которые испытывались на морозостойкость, подвергаются раздавливанию. Сравнительно с сухими образцами прочность не должна понижаться больше чем на 20% для изверженных пород и на 40% для осадочных пород.

Определение коэффициента водонасыщения натуральных камней. Различают «свободное» и «принудительное» водонасыщение.

При свободном водонасыщении образцы медленно покрываются водой и выдерживаются 1—3—7 дней и более. Обычно свободное насыщение прекращается через 30—45 дней. Количество поглощенной воды определяется взвешиванием через каждые 3—5 дней.

Свободно насыщенные образцы подвергаются затем принудительному насыщению, для чего выдерживаются 2—4 часа в воде под вакуумом 5—20 мм ртутного столба, а затем 12 часов при гидравлическом давлении в 150 атм, после чего опять взвешиваются.

Отношение свободного водонасыщения к принудительному, называемое коэффициентом насыщения, характеризует тип пористости. Породы считаются морозостойкими, если коэффициент насыщения меньше 0,8.

Определение теоретической долговечности камня основано на сопоставлении минералогического состава, микроструктуры и свежести камня с физико-механическими его свойствами, что дает возможность сравнивать в одной единице (качественное число) породы различных составов и структур.

Таким образом, можно с некоторой достоверностью предугадать заранее срок службы породы с определенным «качественным числом».

Добавить комментарий