Строительный камень: применение, дрессировка, долговременная сохранность

Применение камня

С древнейших времен: храмы, крепости, Тадж-Махал, Красный форт, Джама-Масджит, Парламент, Раштрапати Бхаван (Дели). Сейчас — база для бетона и кирпича.

Основные направления:

Конструктивные: фундаменты, стены, колонны, перемычки, арки, покрытия, полы, гидроизоляция.
Облицовочные (face-work): массивный вид, стены из кирпича, облицовка камнем нужных оттенков — композитная кладка.
Покрытия (paving): полы жилых/коммерческих/промышленных зданий, дорожки, тротуары.
Сырьё: дробленый камень → бетон, щебень дорог, известковые цементы, искусственный камень, пустотелые блоки.
Прочее: ж/д балласт, флюс в доменных печах, блоки мостов/опор/причалов/маяков/плотин.

Потеря популярности — причины:

Дрессировка — трудоёмка, долгая;
Камень нужной прочности/качества недоступен по умеренным ценам (особенно на равнинах);
Конкуренты: ЖБ и сталь — прочнее, менее громоздкие, долговечнее, лучше для многоэтажей;
Каменные конструкции нерациональны для расчёта (в отличие от ЖБ/стальных).

Естественное залегание (Natural Bed)

Определение

Горные породы имеют плоскость легкого раскола — естественное залегание (плоскость первоначального отложения осадочного камня). Не обязательно горизонтально. Осадочные — легко по слоистам. Магматические — мало значимо, трудно определить.

Важность

Правило: у осадочных камней естественное залегание ⟂ направлению давления → макс. прочность кладки. Определение: полив водой — видны слои; лупа; опытный мастер по сопротивлению долоту. Камень легче ломается по естественному залеганию.

Раскладка по залеганию:

Арки: залегание радиально (фиг. 2-1) → давление арки ⟂ залеганию.
Карнизы, ленточные плиты: частично неподдерживаемые → залегание вертикально. Не для угловых камней — там лучше камни без выраженного залегания.
Стены: залегание горизонтально (фиг. 2-1).

Дрессировка камня

После добычи — раскрой на размеры и поверхности. Цели: (i) архитектурный вид, (ii) лёгкая/дешёвая перевозка, (iii) соответствие кладке, (iv) использование местных квалифицированных работников у карьера.

По месту: карьерная и строиплощадочная.

В карьере грубая дрессировка для: (i) дешёвая рабочая сила, (ii) сортировка по видам работ, (iii) снятие неравномерностей → меньше вес, легче перевозка, (iv) выявление поверхности естественного залегания, (v) свежий камень содержит карьерную влагу — мягче, легче обрабатывать.

18 видов финишной отделки поверхности:

Топорная (axed): твёрдые породы (гранит) топором.
Буастерная/дровеная (boasted/droved): буастер (дольник с кромкой ~60 мм) — непрерывные параллельные риски (горизонт./наклон./вертик.).
Резные фаски (chisel-draughted margins): равномерные швы — фаски квадратные/прямые/фасонные.
Круговая (circular): скругленная поверхность (колонны).
Щётковая/гребёнковая (dragged/combed): стальной драг/гребёнка с зубьями — по всем направлениям. Только для мягких пород.
Жёброватая (furrowed): по краям паз ~20 мм, центр выступает ~15 мм, вертикальные/горизонт. канавки ~10 мм в выступе. Для выделения угловых камней.
Формовочная (moulded): любая желаемая форма, ручная или станковая.
Молоточная (hammer-dressed): молотом Уоллера — грубо квадратные/прямоугольные, без острых углов, ровная поверхность для кладки.
Плоская (plain): пила или долото — примерно гладкая.
Полированная (polished): мрамор, гранит — ручная или машинная полировка.
Пробивная (punched): пробивкой — ямки и гребни.
Сетчатая (reticulated): сеть: крайняя полоса 20 мм, внутри нерегулярные углубления, контур 10 мм, глубина 5 мм, точечная забивка — вид «проколотый».
Натиранная (rubbed): трением камнем о камень или машиной, вода/песок ускоряют.
Скабблинг (scabbling): скабблинг-молот — сбивание выступов, грубая дрессировка.
Долотоная (tooled): долото — непрерывные параллельные риски.
Самолицевая/скучная/карьерная (self-faced/rock-faced/quarry-faced): гладкая поверхность при добыче — без обработки.
Углублённая (sunk): впадины ниже уровня — широкие канавки, фаски, наклонные плоскости.
Червеобразная (vermiculated): как сетчатая, но углубления более изогнутые — вид «червяковые ходы».

Разрушение камня (Deterioration)

Лицевые поверхности подвергаются атмосферному воздействию.

10 причин разрушения:

Чередование влажности и сушки (дождь, роса, солнце) — быстрый износ.
Мороз: влага в порах замерзает, расширяется → раскол.
Загрязнения атмосферы: кислоты/дымы в промзонах действуют на CaCO₃.
Живые организмы (черви, бактерии): норы, органические кислоты корродируют минералы.
Миграция химикатов: разные породы рядом (известняк над песчаником) — продукты реакции на одном разрушают другой. Гранулятный известняк + магнезийный → MgSO₄ мигрирует, разрушает первый.
Раствор: химическая реакция с компонентами камня → распад.
Дождевая вода: физическое (влажнение/сушка → распад) + химическое (CO₂, H₂S и др. газы → кислоты → разрушение).
Температурные колебания: расширение/сжатие → внутренние напряжения → разрушение при частых циклах.
Растительность: плющи/деревья в швах — корни увлажняют и расширяют швы.
Ветер: абразивные частицы при высокой скорости + дождь в поры с силой → замерзание → раскол.

Замедление разрушения (Retardation)

8 мер:

Для фасадов важных зданий — только компактные кремнеземные камни с плотной кристаллической текстурой. Песчаники на силикатном цементе да, известняки/кальцитовые с открытой текстурой — нет (промзона).
Обычные здания — наружная отделка (затирка/штукатурка) при строительстве.
Все швы полностью заполнены — монолит без пустот.
Камни укладывают на естественное залегание.
Предпочтение отшлифованным/полированным/хорошо дрессированным камням.
Свежедобытые содержат карьерную влагу (ускоряет разрушение) — выдержка на воздухе перед укладкой.
Крупногабаритные камни — минимум швов (слабые места, вход влаги).
Регулярное мытье фасадов водой.

Консервация камня (Preservation)

Разрушение некачественного камня частично предотвращается консерваторами на поверхности.

Идеальный консерватор:

Не пропускает влагу;
Не даёт неприятный цвет;
Достаточно твердеет для атмосферной стойкости;
Хорошо проникает;
Экономичен;
Некоррозионен, безвреден;
Долгоэффективен после сушки;
Лёгко наносится.

Универсального нет — выбор по химизму камня и месту в конструкции. Каждый случай — индивидуальный анализ.

Распространённые консерваторы:

Коксовый смоль: сохраняет, но цвет портит, поверхность нагревается солнцем — редко применяют.
Льняное масло: сырое — не меняет оттенок, но обновление раз в год. Варёное — долго, но затемняет камень.
Краска: меняет цвет. Под давлением — для глубокого проникновения.
Парафин: чистый или в нефрасе. Меняет цвет.
Раствор алюма и мыла: алюм ~0,75 Н, мягкое мыло ~0,5 Н на 1 л воды.
Раствор бариты (Ba(OH)₂): при разрушении сульфатом кальция CaSO₄. Реакция: Ba(OH)₂ + CaSO₄ = BaSO₄↓ + Ca(OH)₂. BaSO₄ нерастворим, устойчив к атмосфере. Ca(OH)₂ всасывает CO₂ → CaCO₃ усиливает камень.

Искусственный камень

Также — литой камень или реконструированный.

Технология изготовления:

Натуральный камень → дробление < 6 мм.
Удаление каменной пыли.
Смесь: 1,5 ч. фракции 3–6 мм + 1,5 ч. фракции <3 мм + 1 ч. цемента (по объёму).
Пигмент для цвета (≤15% массы цемента).
Вода, тщательное перемешивание.
Укладка в спецформы.
Отвердевание, удержание влажности. Блок готов.
Полировка при необходимости.
Белый цемент для светлых оттенков.

Формы искусственного камня:

Цементобетон: цемент, мелкий/крупный наполнитель, вода. Монолитный или префабрикат. С арматурой — ЖБ.
Мозаичные плиты: префабрикат с мраморной крошкой на лице. Разные оттенки, широко применяются.
Терраззо: мраморная крошка + цемент. Ванные, жилые, храмы.

Преимущества (9 пунктов):

Полости для труб/проводов;
Пазы под крепеж;
Любая архитектурная форма;
Монолитные балоки/перемычки без крупных блоков;
Может быть прочнее натурального;
Дешёвлее (малые фракции с прибылью);
Равномерно устойчив к атмосфере (дождь, мороз);
Более долговечен натурального;
Нет естественного залегания — не нужен контроль ориентации.

Испытания строительного камня: 10 методов определения качества Исследуйте объект Veelo Technologies в Вудлоуне: внутри инновационного завода CNT волокна

Композитный материал