Испытание изделий из природного камня для современного строительства

Жить в старинных замках, безусловно, престижно, но как-то уж очень некомфортно, особенно при современных стандартах строительства. Конечно, толстые камни прекрасно защитят от стрел, ядер и пуль неприветливых соседей, а вот от зноя и холода – с трудом. Чтобы сохранить эстетику каменных построек, сегодня достаточно использовать горные породы в декоративных целях. Такая облицовка эффектно закроет бетон и кирпич и станет для них дополнительным щитом от непогоды на многие годы, быть может, на столетия. В тех случаях, конечно, если при строительстве использовались качественные материалы. Вот и получается, что в современных условиях, испытание изделий из природного камня необходимо проводить не для выявления их фортификационных характеристик, а с целью подтверждения качества.

1. Как и какие виды природных камней используют в современном строительстве
2. Преимущества и недостатки использования природного камня в современном строительстве
3. ГОСТ 30629-2011 и ГОСТ 32018-2012
4. Испытания на прочность и определение предела прочности
5. Испытания на водопоглощение
6. Испытания на морозостойкость
7. Испытание на абразивный износ
8. Испытания на химическую стойкость

Как и какие виды природных камней используют в современном строительстве

Сквозь века и после множества изобретенных строительных материалов, люди пронесли свою симпатию к природному камню. Ведь здания, построенные из него, столетиями выглядят солидно, фундаментально и просто эстетично.

Сегодня камень практически не используют в стеновой кладке, может быть за исключением небольших загородных индивидуальных проектов. Например, ограждений или беседок. Тому есть весовые причины, о которых скажем чуть позже. Однако его продолжают активно использовать для защиты сооружений от внешних воздействий и в декоративных целях: при облицовке зданий, устройстве полов, дорожных покрытий, колонн, реже для внутренних перегородок. Безусловно, и старинные, и современные здания и сооружения, облицованные любым природным камнем, имеют более презентабельный вид, чем кирпич или панельки. Поэтому его применяют в элитном жилом строительстве, при возведении знаковых зданий и сооружений и при мощении центральных исторических городских улиц и набережных.

Наибольшей популярностью пользуются:

• мрамор, который имеет эстетичный внешний вид, высокую прочность и богатую палитру оттенков;
• гранит, структура которого является еще более прочной, чем у мрамора, а значит хорошо сопротивляется любым климатическим условиям;
• известняк, который имеет биологическое происхождение, а потому считается очень экологичным материалом;
• сланец, с которым очень удобно работать, раскалывая его вдоль пластинчатой структуры, придавая фасадам необычную внешнюю пластику;
• песчаник, который отличается низким поглощением влаги и имеет высокую устойчивость к перепадам температур, а значит отлично защищает здания и сооружения.

По строительной классификации природные камни делят на:

1. Материалы грубой обработки. Сюда относят так называемый бутовый камень, т.е. каменные куски неправильной формы, которые получают при взрывных работах, а также в виде отходов при производстве. К таким материалам относят также щебень и песок, которые используют для получения искусственных каменных материалов — бетонов и растворов.
2. Штучные фасонные изделия и детали. Такие камни специально обрабатывают для придания правильной формы. Чаще всего они имеют вид плитки.

Преимущества и недостатки использования природного камня в современном строительстве

Безусловными преимуществами строительных материалов из природного камня являются:

1. Его прочность, благодаря которой камень практически невозможно повредить ни природным, ни механическим воздействием.
2. Его непревзойденные защитные характеристики, ведь он, лучше других, выдержит сильный мороз, повышенную влажность и даже огонь.
3. Его великолепный эстетический вид.

Однако есть и значительные недостатки, из-за которых камень утратил свои первоначальные фундаментальные функции:

1. В первую очередь речь идет о его весе, высокая тяжесть которого означает необходимость устраивать более крепкий фундамент, а значит вкладывать дополнительно значительные средства.
2. Прочность камня можно записать и в недостатки, потому что он с трудом подвергается обработке, а значит совершенно нерентабелен для массового производства и использования.
3. Природные каменные материалы обладают высокой теплопроводностью, а значит жить в домах из камня весьма жарко летом и довольно холодно зимой. К тому же накапливать и удерживать они могут не только тепло, но и радиацию.

ГОСТ 30629-2011 и ГОСТ 32018-2012

Как мы уже сказали в современном строительстве горные породы используют, в основном, для облицовки и дорожных работ, поэтому именно эти норматив регулирует работу с природными каменными изделиями.

Действие ГОСТ 30629-2011 распространяется на блоки, добываемые из массива горных пород, облицовочные, архитектурно-строительные и мемориальные изделия. Область применения ГОСТ 32018-2012 — это строительно-дорожные изделия, изготовляемые из природного камня.

Однако при испытании изделий, в обоих случаях, ориентироваться следует на общие положения:

• испытания проводят на образцах, которые изготавливают в виде цилиндра, куба, призмы, плиты или прямоугольного клина, в зависимости от вида и методики;
• в ходе испытаний температура воздуха, воды и самых образцов должна составлять 20 ± 5°С, а высушивание должно производится в специальном сушильном шкафу при температуре 105 ± 5°С;
• взвешивание образцов проводят с точностью до 0,1 % массы, а результаты исследований фиксируют с точностью до второго знака после запятой.

ГОСТ 30629-2011 помогает определить минералого-петрографической характеристики и декоративность горной породы, пригодной для облицовочных работ по таким показателям, как цвет, рисунок, структура и полируемость и проверить параметры готовых изделий. Предметом испытаний по ГОСТ 32018-2012 становятся уже готовые строительные изделия – брусчатый и бортовой камень, а также плиты мощения, которые проверяют по типоразмерам и фактурности. И те, и другие каменные стройматериалы проверяют на качество, т.е. на прочность, износ, водопоглощение, химическую и морозостойкость.

Испытания на прочность и определение предела прочности

Прочность природного камня – его самая главная качественная характеристика. Поэтому целью любого испытания на прочность является ответ на вопрос: можно ли применять данный материала в тех или иных строительных работах или нельзя применять вовсе. Так, например, каменные материалы с твердостью 3 и ниже без дополнительных испытаний применять в строительстве не разрешается.

Самым простым полевым испытанием, которое возможно произвести даже без специального оборудования, является сравнение прочности образца с минералогической шкалой твердости Мооса. Она была изобретена для проверки минералов, но пригодна и для каменных пород. К тому же этот метод весьма прост, потому что основан на царапании.

Шкала Мооса выглядит вот так:

А для проверки строительного камня достаточно взять стальную иглу или разогнутую скрепку и как следует поцарапать его поверхность. Причем твердость самой иглы принимают за 5. Таким образом, она должна оставлять следы на поверхностях с твердостью ниже 5. Если царапин нет – материал можно смело использовать в строительстве. Если след царапины неровный, неглубокий, прерывистый, рваный, твердость материала устанавливается на уровне 4. Если след глубокий и ровный материалу присваивается твердость 3. Такие материалы нужно дополнительно тестировать, чтобы подтвердить их строительную пригодность.

Еще одним полевым методом испытаний изделий из природного камня является простое ударное воздействие кувалдой. Повторно проверить будет не лишним даже гранит, на котором царапин игла не оставит, но это не значит, что его внутренняя структура достаточно прочна. Ведь она может быть выветренной. Смысл испытания заключается в разбивании кубического 6 см образца молотом или кувалдой до момента превращения его в щебень. Прочный камень расколется на 2—3 куска, а выветренный — на много мелких кусочков.

А вот предел прочности природного камня определяют уже в лабораторных условиях. Для этого образцы-керны размером 40-110 мм отправляются под пресс. Если точнее, образец устанавливается на нижней плите прессовальной машины и сдавливается верхней плитой с непрерывной и возрастающей нагрузкой до момента его разрушения. Предел прочности вычисляют по формуле, как среднеарифметическое значение результатов испытаний пяти образцов.

Испытания на водопоглощение

Водопоглощение изделий из природного камня определяют сравнением массы образцов в насыщенном водой состоянии и после высушивания.

Пять кубических кернов размером в 4-5 см очищают металлической щеткой для удаления возможных рыхлых частиц. Затем образцы высушивают до постоянной массы. В случае необходимости, их также охлаждают или нагревают по температуры помещения в лаборатории. Перед водонасыщением все образцы взвешивают, а уже потом погружают в воду на 24-48 часов.

Изъятые из воды керны протирают сухой ветошью и кладут на весы, чтобы зафиксировать массу и дождаться пока вода не стечет в чашу. Массу вытекшей воды суммируют с массой водонасыщенного образца.

Водопоглощение конкретного материала вычисляют по формуле, как среднеарифметическое значение результатов определения водопоглощения пяти его образцов.

Поскольку испытание на водопоглащение в лаборатории занимает достаточное количество времени, существует и так называемый экспресс метод, который можно использовать в полевых условиях, в случае необходимости получения быстрого результата.

В ходе проведения экспресс теста на поверхность материала из природного камня наносят каплю воды или чернил. В случаях:

• если водопоглощение материала составляет около 3%, капля не будет впитываться вовсе, она даже не растечется. Такой материал можно смело использовать для любых строительных целей.
• если водопоглащение составляет от 5 до 8 %, по капля частично растечется и впитается в поверхность. Такой материал рекомендуют использовать в качестве облицовки, фундаментов при малоэтажном строительстве, на дорогах без интенсивного движения, в бетонах средней марки прочности.
• если водоплглощение составляет более 10%, то капля очень быстро впитается. Такой материал годится только для самых ненагруженных строительных конструкциях, для облицовки, отмостки, подготовки под полы.

Испытания на морозостойкость

Водопоглощение природного камня напрямую влияет на его морозостойкость, т.е. способность противостоять, именно в насыщенном водой состоянии, многократному замерзанию и оттаиванию, которыми славятся зимы на Северо-западе. При этом природный каменный материал не должен разрушаться. Получается, что морозостойкость, наряду с прочностью является весьма важной характеристикой этого материала, ведь от нее зависит долговечность всего здания, сооружения, дорожного покрытия, и их эксплуатационные свойства.

Испытания на морозостойкость изделий из природного камня практически не отличаются от испытаний других материалов. Подробнее о них можно прочитать в одной из наших предыдущих статей.

Испытание на абразивный износ

Тест на абразивный износ или постепенное механическое истирание применяют только в тем природным каменным материалам, которые предназначены для напольных покрытий, в том числе в промышленных цехах, и в качестве дорожного покрытия.

Испытание изделий из природного камня проводят с помощью специальной установки, которая позволяет воспроизвести многократное деформирование локальных участков подготовленного образца абразивными частицами. Деформирование производят таким образом, чтобы максимально приблизить его к естественному истиранию напольных и дорожных покрытий в результате ходьбы, вибрации оборудования, проезда транспорта разной тяжести.

В результате образец сравнивают с минимальными параметрами износа конкретного материала, в зависимости от варианта его применения в строительстве. Так, покрытия из каменных материалов имеют индекс минимального износа:

• 23 мм, при нормальном режиме движения:
• 21 мм, при интенсивном режиме движения;
• 28 мм, в промышленных помещениях.

Испытания на химическую стойкость

Поскольку, в большинстве случаев, изделия из природного камня используются для внешних строительных работ, то и воздействию агрессивных факторов они подвергаются гораздо чаще. В том числе, химическому. Поэтому в ГОСТ 30629-2011 отдельное внимание уделено испытаниям природного камня на кислотостойкость. Однако речь идет, в данном случае, только о карбонатных известняковых и доломитовых породах.

Согласно этому нормативу: «Сущность метода заключается в определении потери массы образцов, прошедших испытание в течение 40 суток в растворе серной кислоты с pH 3,5».

Для испытания изготавливают пять кернов и высушивают их до постоянной массы. Их тщательно очищают щеткой, а затем замеряют не только массу, но площадь поверхности. Образцы помещаются в агрессивную среду с указанным выше рН фактором, каждый образец — в отдельный эксикатор. При этом агрессивный раствор следует тщательно перемешивать дважды в сутки, а также менять каждые четверо суток. Таким образом получается 1 цикл. По истечению 10 циклов, керны высушивают с целью измерения массы.

Природный каменный материал считают кислотостойким, если потеря массы образцов после 10 циклов испытания не превышает 1,0 %.

Каменные строительные изделия из других пород проверяют на солестойкость. Этот процесс похож на предыдущее испытания в плане подготовки образцов, которые помещают на 154 часа в сосуд с насыщенным раствором сернокислого натрия. Сернокислый раствор, при это меняют гораздо чаще, а образцы между сменой раствора высушивают в электрическом шкафу. А по завершению 10 циклов на 10 минут опускают в горячую воду, и лишь, затем высушивают и взвешивают.

Изделие считается солестойким, если потеря массы образцов после 10 циклов испытания не превышает 5 %.