Природные каменные материалы, обладая высокой атмосферостойкостью, прочностью и красивой окраской, широко применяют в строительстве в виде блоков для кладки стен и фундаментов зданий и сооружений, в виде облицовочных плит и камней для наружных и внутренних стен зданий и сооружений, при строительстве дорог, тротуаров, набережных, подпорных стенок и других сооружений, к материалам которых требуются особые требования по прочности, долговечности и декоративности. Выбор горных пород для производства строительных материалов и изделий проводят на основании результатов испытаний образцов из них и технико-экономического анализа, целесообразности использования данной породы в конкретных условиях.
Гравий. Рыхлое скопление разно-обкатанных обломков горных пород. Зависимости от линейного размера зерен гравий разделяют на фракции: 5 … 10, 10 … 20, 20 … 40 и 40 … 70 мм. Гравий чаще всего добывают вместе с песком при разработке песчано-гравийных месторождений и реже со дна рек, озер и морей. Массовая доля гравия в песчано-гравийных смесях составляет в среднем 30 … 40%. При разработке месторождений добытая песчано-гравийная смесь подвергается сортировке с отделением песка и гравия разделением по крупности зерен на предусмотренные стандартом фракции. Гравий используют в качестве крупного заполнителя в цементных (до М300) и асфальтовых бетонах для дорожных покрытий. Щебень представляет смесь угловатых обломков камня различной конфигурации размером 5 … 150 мм. По форме зерен щебень делится на три группы: • обычный, (в котором допускается содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой форм до 35% по массе); • улучшенный (не более 25%); • кубовидный (не более 15%). Прочность щебня характеризуется маркой соответствует пределу прочности при сжатии исходной горной породы в насыщенном водой состоянии и определяется косвенно по показателю дробимости щебня при сжатии (раздавливании) в цилиндре.
Щебень из изверженных горных пород применяется в качестве заполнителя для тяжелого бетона, должен иметь марку, соответствующую пределу прочности породы не ниже 80 МПа, из метаморфических пород – не ниже 60 МПа, из осадочных пород – не ниже 30 МПа. Получают щебень дроблением камня в дробилках различных конструкций (щековых, конусных), а мелкий щебень (с размером кусков менее 25 мм) – на молотковых или валковых дробилках. Технология приготовления щебня состоит из следующих операций: раскалывания щебня на куски, размеры которых соответствуют типу дробилки; загрузки (подача) камня в дробилки; дробление камня до получения зерен заданного размера, подача щебня на сортировку; сортировки щебня (по размеру зерен) и перемещение отсортированного к месту хранения. В весьма больших объемах (около 20% общего выпуска) щебень производится дроблением крупных фракций гравия. Этим достигается комплексное использование песчано-гравийных месторождений с дополнительным выходом высококачественного дробленого заполнителя. В щебне из гравия дробленых зерен должно быть не менее 80% по массе. Измельченными считают зерна, площадь обкатанной поверхности которых больше половины от всей поверхности зерна. Щебень широко применяют в строительстве для приготовления цементобетонных и асфальтобетонных смесей, оснований для дорожных покрытий и прочее. Для кладки фундаментов и стен подземных частей зданий применяют бутовый, колотый и пиленый камень из плотных изверженных, осадочных и метаморфических горных пород. Коэффициент размягчения камня, используемого для этих целей, должен быть не менее 0,7, морозостойкость – не ниже F15. В зависимости от формы бутовый камень бывает рваный, постелистые и лещатний.
Бутовый камень имеет размеры 150 … 500 мм. Изделия и материалы, применяемые для кладки фундаментов и подземных стен, изготавливают из однородного камня, не имеет следов выветривания, слоев глины, а также расслоений и трещин. Для кладки надземных стен (устоев мостов, укреплений откосов насыпей и берегов рек, кладки подпорных стенок) и для дробления на щебень применяют пиленые и колотые искусственные камни, получаемые из известняков, доломитов, песчаников, вулканических туфов. Лицевая поверхность стеновых камней и крупных стеновых блоков должна отвечать требованиям декоративности. Известняки и туфы, применяемые для изготовления стеновых камней, должны иметь плотность 900 … 2200 кг/м3, предел прочности при сжатии 0,4 … 50 МПа, морозостойкость не ниже F15, коэффициент размягчения 0,6 … 0, 7. Размеры стеновых камней 390 × 190 × 188 и 490 × 240 × 188 мм. Большие стеновые блоки изготавливают из горных пород с плотностью до 2200 кг/м3 и пределом прочности при сжатии 2,5 МПа и выше. Большие стеновые блоки, предназначенные для механизированной укладки, имеют размеры от 300 × 800 × 900 до 3000 × 800 × 500 мм. Облицовочные плиты и камни, элементы лестниц и площадок, парапетов и ограждений изготовляют из блоков природного камня путем их распиливания или раскалывания с последующей механической обработкой. В зависимости от физико-механических свойств и строения исходной горной породы блоки делят на четыре группы: I – блоки из гранита, сиенитов, диорита, лабрадорита, габбро, кварцита, базальта, диабаза; II-блоки из мрамора, брекчии и конгломератов, карбонатных пород и гипсового камня; III – блоки из известняка и песчаника; IV – блоки из вулканического туфа. Горные породы, применяемые для изготовления блоков, должны иметь предел прочности при сжатии не менее 5 МПа, морозостойкость не менее F15, коэффициент размягчения 0,7 … 0,9. Размеры и объем блоков зависят от горной породы, из которой они изготовлены. Наименьший размер блоков из туфа 0,2 … 0,4 м3, крупнейший 0,7 … 1,0 м3, а из гранита 0,5 … 3 м3. Блоки, предназначенные для распиловки, не должны иметь сквозных трещин.
Тонкие извилистые трещины, выходящие на две смежные грани, допускаются только в блоках из цветного мрамора. Облицовочные плиты и камни изготавливают путем раскалывания или распиливания блоков-полуфабрикатов. Облицовочным плитам предоставляют разнообразную фактуру лицевой поверхности: • зеркальная (полированная), получаемый из плотных горных пород (гранита, лабрадорита, мрамора, мраморовидного известняка, брекчии, конгломерата) обработкой полировочным порошком с накаткой глянца; • лощение – получают обработкой шлифовальной порошком без накатки глянца на плитах, изготовленных из плотных горных пород, исключая гипсовый камень; • шлифования – шлифовкой инструментами лицевой поверхности плит, изготовленных из гранита, сиенитов, лабрадорита, известняка, вулканического туфа и других горных пород; • пиления – распылением на канатных пилах или распылительных станках с прямолинейным движением рамы; • точечная – обработка крестовой Бучардом; • бороздчатой - получают применением пластинчатой бучарды или пытая фрезы; • рифленую – обработкой фрезой; • фактуру «скала» – раскалыванием камня с дополнительным околышем лицевой грани по периметру. Плиты, применяемые для настилки полов и облицовки стен, имеют прямоугольную форму и размеры в зависимости от породы и фактуры поверхности камня. Для фактуры «скала» изделия должны иметь толщину не менее 150 мм, для точечного, бороздчастои и рифленой фактуры – не менее 60 мм, а зеркальной поверхности – не менее 12 мм. Плиты изготовляют шириной 200 … 400 мм и длиной 300 … 1000 мм.
Из более крепких пород плиты изготовляют больших размеров, а с менее крепких – меньших. В профильных элементов облицовки стен относятся цокольные плиты и камни для обрамления порталов, пояса карнизов, угловые и подоконные плиты. Их изготавливают из тех же материалов, что и облицовочные плиты, и добавляют разнообразную фактуру лицевой поверхности. Элементы лестниц и площадок, парапеты и ограждения делают из мрамора, известняка, туфа, гранита, сиенитов и других горных пород. Так же как и облицовочным плитам, лицевой поверхности элементов лестниц и площадок, парапетов и ограждений предоставляют разнообразную фактуру зависимости от вида горной породы. При изготовлении различных художественных предметов народного потребления, выполнения мозаичных работ и высоко декоративных отделок монументальных зданий широко применяют камень: яшму, родонит (Орлецы), лазурит, нефрит, малахит, янтарь и другие. Необычно большая палитра красок, включает практически все цвета спектра и бесконечно разнообразна количество оттенков, позволяет создавать из поделочного камня высокохудожественные произведения искусства. Многие его разновидности в разрезе после полировки имеют естественный рисунок и узор, обогащенный своей фантастичностью, неповторимостью сюжета и необычностью сочетания красок. Яшмы зеленого и красного цветов, обладающие высокой твердостью и прочностью, представляют большой интерес. Встречается яшма на Урале, в Караганде, в Крыму, Закарпатье и других местах. Родонит (Орлецы) представляет собой мелкозернистую породу, обладающий широким диапазоном красного цвета древовидного рисунка от бледно-розового до интенсивно красного. Орлецы является полупрозрачным материалом.
Благодаря значительным запасам этого камня в нашей стране его широко использовали при обработке станции «Маяковская» Московского метрополитена им. В. И. Ленина и других зданий. Нефрит – природный камень зеленого цвета. Обладая высокой твердостью и вязкостью, он трудно поддается обработке, однако это его свойство обеспечивает возможность добиться исключительных эффектов в результате получения тончайших узоров. Лазурит от бледно-голубого до ярко-синего цвета с вкраплениями золотистого имеет сравнительно небольшой твердостью. Янтарь желтый, прозрачный имеет большую твердость. Известны случаи применения янтаря для отделки внутренних помещений дворцов. Природный гипс от белого до голубого цвета является широко распространенным поделочным камнем. Низкая твердость гипсового камня позволяет легко изготавливать из него сложные скульптурные изделия для интерьеров зданий, а также применять его в качестве облицовочного материала, более экономичного, чем мрамор. Поделочные камни применяют не только для отделки интерьеров общественных зданий, но и в различных областях техники. Материалы и изделия для дорожного строительства – бортовые камни, брусчатку, колотый или булыжник, гравий, песок и минеральный порошок – получают из изверженных и осадочных горных пород. Изверженные горные породы должны обладать следующими свойствами: предел прочности при сжатии глубинных горных пород – не менее 100 МПа, вытекшей не менее 60 МПа, коэффициент размягчения – не менее 0,9, водопоглощение – не более 1,0%, морозостойкость – не менее F25, сопротивление удару-не менее 150 Н-см/см3, плотность – 2300 кг/м3 и более. Осадочные горные породы должны иметь плотность 2100 кг/м3, коэффициент размягчения не менее 0,75, водопоглощение не более 4%, морозостойкость не менее F25 и сопротивление удару 150 Н-см/см3. Горные породы не должны быть нарушены выветриванием. Бортовые камни применяют для отделения проезжей части улиц от тротуаров, а также автомобильных дорог от тротуаров на уникальных мостах и в тоннелях. По форме бортовой камень представляет собой брус длиной 70 … 200 см с наклонной или вертикальной лицевой гранью в поперечном сечении. Верхняя часть над дорожным покрытием, грубая. Брусчатка – колотые или тесаные бруски высотой 10 … 16 см, шириной 12 … 15 см и длиной 15 … 25 см, по форме близкие к параллелепипеда, а лицевая поверхность имеет форму прямоугольника. Предел прочности при сжатии исходной породы не ниже 100 МПа, водопоглощение не более 0,6%. Применяют при устройстве мостовых (особенно часто при крутых подъемах и спусках), трамвайного полотна, посадочных площадок трамвая и тд. Колотый булыжник используют для укрепления откосов земляных покрытий и оснований. Колотый камень по форме близкий к многогранной призмы или усеченной пирамиды с площадью лицевой поверхности 100, 200 и 400 см2 при соответствующей высоте 16, 20 и 30 см. Лицевая поверхность и постель должны быть параллельны, на боковых гранях не должно быть выступов, препятствующих плотному примыканию к другому камня. Булыжник имеет овальную форму, его лицевая сторона должна быть больше поверхности постели. Размеры булыжного камня такие же, как и колотого камня.
Для подземных сооружений и мостов применяют плиты и камни из изверженных и осадочных горных пород. Для облицовки туннелей и надводных частей мостов используют гранит, диорит, габбро, диабаз, базальт с пределом прочности при сжатии не ниже 100 МПа. Морозостойкость указанных горных пород для этих целей F150.; .500. При изготовлении облицовочных плит из плотного известняка или песчаника их прочность должна быть не ниже 60, а морозостойкость не менее F100. Для облицовки подводных частей мостов применяют изделия из гранита, диорита, базальта и диабаза с пределом прочности при сжатии не менее 100 МПа и морозостойкостью не менее F150. Лицевые камни и облицовочные плиты для тоннелей и мостов обрабатывают под фактуры «скала», бороздчатой или рифленую. Размеры и формы плит и камней устанавливают проектом. Для гидротехнических сооружений применяют природные камни правильной или неправильной формы (рваные, обкатанные, колотые и пиленные, а также щебень), полученные из изверженных, метаморфических или осадочных пород. Камни не должны иметь признаков выветривания, прослоек мягких пород – глины, гипса и других растворимых включений, а также рыхлых включений ракушек, видимых расслоений и трещин. Камни для гидротехнического строительства, используемые для внутренней части набросанных плотин, могут быть из осадочных пород прочностью 60 … 80 МПа с коэффициентом размягчения не менее 0,7 … 0,8. Каменные материалы проверяют на воздействие веществ, растворенных в воде (морской, грунтовой, речной, болотный). Жаростойкие и химически стойкие материалы и изделия изготавливают из горных пород, не затронутых выветриванием.
Для материалов и изделий, работающих в условиях высоких температур, используют хромит, базальт, диабаз, андезит, туф. Для защиты конструкций зданий от кислот, применяют облицовочные плиты из гранита, сиенитов, диорита, кварцита, андезита, трахита, базальта, диабаза и кремнистого песчаника. Защита от щелочей достигается применением изделий из плотных известняков, доломитов, мрамора, магнезита и известкового песчаника. Для защиты от воздействия высокой температуры и агрессивных сред используют камни правильной формы, плиты облицовочные и плиты покрытия (гладкие и рельефные), камень, щебень и песок для бетонов и растворов, а также тонкомолотые порошки в качестве наполнителя для бетонов, растворов, мастик, замазок, шпатлевок и грунтовок.