Технология природных строительных материалов и изделий на их основе

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИРОДНЫХ 

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 

И ИЗДЕЛИЙ НА ИХ ОСНОВЕ

Практикум

Казань

Издательство КНИТУ

2019

УДК 691(076)
ББК 38.3я7

Т38

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

д-р техн. наук Е. Ю. Разумов
канд. техн. наук Л. И. Аминов

Т38

Авторы: А. Ф. Гараева, Р. Р. Сафин, П. А. Кайнов, 
Р. Р. Хасаншин 
Технология природных строительных материалов и изделий на их 
основе : практикум / А. Ф. Гараева [и др.]; Минобрнауки России, 
Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. –
80 с.

ISBN 978-5-7882-2584-5

Практикум формирует знания о использовании природных материалов, 

умение провести механическую обработку материала и стандартные 
испытания, изготовить
стандартные образцы и сделать
выводы по 

использованию материала в строительном производстве.

Предназначен для
студентов направления
подготовки
08.03.01 

«Строительство».

Подготовлен на кафедре «Архитектура и дизайн изделий из древесины».

ISBN 978-5-7882-2584-5
© Гараева А. Ф., Сафин Р. Р., Кайнов П. А., 

Хасаншин Р. Р., 2019

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 691(076)
ББК 38.3я7

ВВЕДЕНИЕ

Природные строительные материалы, получаемые в результате 

относительно несложной механической обработки монолитных горных 
пород с сохранением их физико-механических и технологических 
свойств, используются в виде плит, блоков, бортовых и облицовочных 
камней, дорожной брусчатки, бутового камня, щебня, дробленого песка 
и т.д. В зависимости от назначения, условий строительства и 
эксплуатации зданий и сооружений подбираются соответствующие 
строительные 
материалы, 
которые 
обладают 
определенными 

качествами и защитными свойствами от воздействия на них внешней 
среды. С учетом этих особенностей любой строительный материал 
должен 
обладать 
определенными 
строительно-техническими 

свойствами. Например, материал для наружных стен зданий должен 
обладать наименьшей теплопроводностью при достаточной прочности, 
чтобы защищать помещение от наружного холода; материал 
сооружения 
гидромелиоративного 
назначения 
–
водонепрони
цаемостью и стойкостью к попеременному увлажнению и высыханию; 
материал для покрытия дорог (асфальт, бетон) должен иметь 
достаточную прочность и малую истираемость, чтобы выдержать 
нагрузки от транспорта. В огромных количествах используются также 
естественные рыхлые породы: валуны, гравий, песок, глина и др. 

Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на 

четыре основные группы: физические, механические, химические, 
технологические и др.

К химическим относят способность материалов сопротивляться 

действию химически агрессивной среды, вызывающему
в них 

обменные реакции, приводящие к разрушению материалов, изменению 
своих первоначальных свойств, таких как растворимость, коррозионная 
стойкость, стойкость против гниения, твердение.

Физические 
свойства: 
средняя, 
насыпная, 
истинная 
и 

относительная плотность, пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность.

Механические свойства: пределы прочности при сжатии, при 

растяжении, при изгибе, при сдвиге, упругость, пластичность, 
жесткость, твердость.

Технологические свойства: удобоукладываемость, теплоустойчи
вость, плавление, скорость затвердевания и высыхания.

Широкое 
использование 
природного 
сырья 
связано 
с 

благоприятными физико-химическими свойствами многочисленных 
пород. Уже в ранний период своего существования человек обнаружил 
на поверхности земли и в ее недрах множество природных материалов, 
которые полностью удовлетворяли его сравнительно ограниченные 
потребности. На последующих стадиях развития человеческого 
общества начинают предъявляться повышенные требования к качеству 
строительного камня и одновременно усложняются способы обработки 
и переработки природного сырья для получения материалов иного 
качества и свойств. Например, превращение обычной глины в камень 
при ее обжиге с получением стабильных свойств готового продукта.

Лабораторный практикум предназначен для проведения учебных 

лабораторных работ по курсу «Технология природных строительных 
материалов и изделий на их основе» для студентов направления 
подготовки 08.03.01. «Строительство». В процессе проведения 
лабораторных работ формируются понимание и ощущение самого 
материала, умение определить его свойства в соответствии с 
требованиями стандартов, умение провести стандартные испытания, 
изготовить стандартные образцы и сделать выводы по использованию 
материала в строительном производстве.

Перед выполнением работы студент должен изучить порядок ее

проведения, соответствующий раздел учебника по изучаемой теме. В 
специальной тетради по лабораторным работам должна быть записана 
изучаемая тема. Обучающийся должен записывать ход выполнения 
работы, применяемые формулы, посчитать результаты испытания, 
занести их в таблицы, сделать выводы. По результатам работы 
предложены контрольные вопросы.

Лабораторная 1

ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Цель работы:
ознакомиться с наиболее используемыми
в 

строительном производстве природными каменными материалами;
проанализировать 
основные 
свойства 
природных 
каменных 

материалов.

Общие сведения

В наши дни горные породы являются основным источником 

получения строительных материалов. Так, в результате относительно 
несложной механической обработки монолитных горных пород 
получают материалы в виде плит, блоков, бортовых и облицовочных 
камней, дорожной брусчатки, бутового камня, щебня и др. В огромных 
количествах используются рыхлые породы: валуны, гравий, песок, 
глина и др. Также горные породы являются главным сырьем для 
производства искусственных строительных материалов (строительной 
керамики, огнеупоров, стекла, цемента, извести и др.), для чего их 
подвергают сложным видам механической и химической обработки. 
Рациональное 
использование 
природных 
каменных 
материалов 

обусловлено учетом их минералогического состава, декоративных 
характеристик (цвета, текстуры, насыщенности) и основных физикотехнических 
свойств: 
плотности, 
пористости, 
водопоглощения, 

морозостойкости, 
теплопроводности, 
прочности, 
твердости, 

истираемости и др.

Горные породы – это природные образования более или менее 

однородного состава и строения, образующие в земной коре 
самостоятельные геологические тела. Они слагают поверхностные слои 
земной коры толщиной 15–60 км. Горные породы представляют собой 
сочетание одного или нескольких минералов и могут быть 
мономинеральными (гипс, кальцит и др.) или полиминеральными 
(гранит, сиенит и др.).

В зависимости от условий образования все горные породы делят на 

три 
вида: 
изверженные 
(магматические), 
осадочные 
и 

метаморфические.

Минералами называются однородные по химическому составу, 

строению и физическим свойствам природные тела, образовавшиеся в 

земной 
коре 
в 
результате 
физико-химических 
процессов.

В большинстве случаев минералы – твердые тела, иногда жидкие и 
газообразные. Всего в природе более 2 тыс минералов, но в образовании 
горных пород участвуют лишь около 50. Природные каменные 
материалы и изделия получают путем механической обработки горных 
пород способом дробления, раскалывания, распиловки, тески, 
шлифования или без таковых (песок, гравий). В природном каменном 
материале почти полностью сохраняются свойства исходной горной 
породы.

Диагностика признаков главнейших представителей

горных пород. Магматические породы

Граниты состоят в основном из трех-четырех минералов: зерна 

кристаллического кварца (20 – 40 %), полевошпатовых минералов 
(40 – 70 %), слюд (5 – 10 %) и железисто-магнезиальных минералов 
(5 – 15 %). Структура гранитов в основном кристаллическая, 
состоящая 
из 
хорошо 
развитых 
кристаллов, 
текстура 
–

полнокристаллическая. Окраска гранитов
определяется цветом 

полевошпатовых минералов и слюд и бывает серой, темно-серой, 
желто-красной и мясо-красной, а также темной. Прочность при сжатии 
120 – 300 МПа, водопоглощение составляет 0,9 %, морозостойкость –
около 200 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Диабазы по своему химическому составу близки к породам группы 

габбро, имеют мелкокристаллическое строение. Минеральный состав 
их характеризуется плагиоклазами, оливинами и авгитом. Это довольно 
плотные темно-серые с зеленоватым оттенком прозрачные, хорошо 
раскалывающиеся 
породы. 
Предел 
прочности 
при 
сжатии 

200 – 500 МПа, плотность 2900 – 3300 кг/м3.

Базальты
состоят из авгита и оливина,
имеют скрытои 

мелкокристаллическую структуру. В некоторых базальтах встречаются 
отдельные вкрапления и стекловидные массы. Окрашены базальты в 
темные цвета. Объемная масса 2900 – 3300 кг/м3, предел прочности при 
сжатии 100 – 500 МПа (1000 – 5000 кгс/см2). 

Пемза – это стекловидная порода, образовавшаяся в результате 

быстрого остекловывания насыщенной газами лавы. Пористость пемзы 
достигает 80 % всего объема. Поры преимущественно закрытые. 
Объемная масса около 500 кг/м3, предел прочности при сжатии 
2 – 3 МПа. Пемза относится к тепло- и звукоизоляционным материалам.

Вулканические туфы – это породы, образовавшиеся в результате 

уплотнения 
вулканических 
пеплов, 
порошкообразных 
частиц 

вулканических лав, выброшенных в пылевидном состоянии при 
вулканическом извержении. Степень уплотнения туфов колеблется в 
широких пределах.

Туфовые лавы – пористые стекловидные породы, образовавшиеся 

путем
цементации 
расплавленными 
охлаждающимися 
лавами 

попавших в них песков и вулканической крошки. Плотность 
750 – 1400 кг/см3, предел прочности при сжатии 5 – 15 МПа. Цвет 
зависит от окраски остеклованных лав (розовато-фиолетовый, серый и 
темный). 
Туфовые 
лавы 
благодаря 
высокой 
пористости 

теплоизоляционны.

Осадочные породы

К осадочным породам относятся глины, гипс, известняк, мел, 

известковый туф и доломит.

Глины представляют собой разнообразные по минералогическому 

и химическому составу тонкообломочные породы, способные с водой 
образовывать пластичное тесто. Основу глин составляют водные 
силикаты алюминия (каолинит, монтмориллонит и др.) 

Гипс встречается в виде зернокристаллических масс разнообразной 

окраски – от снежно-белой до розово-желтой и даже коричневой. 
Твердость его 1,5 – 2, плотность 2,2 – 2,4 г/см3.

Известняками называют породы, состоящие из кальцита, реже из

арагонита. Известняки, состоящие из хорошо сохранившихся раковин, 
называют ракушечниками. Твердость известняков в среднем равна 3, 
плотность 1700 – 2600 кг/м3, прочность при сжатии 8 – 200 МПа. 
Обычно чистые известняки белого или серого цвета.

Мел –
это более мелкая и рыхлая порода органогенного 

происхождения, образовавшаяся в результате отмирания и отложения 
скелетов радиолярий и форманифер. Это почти чистый карбонат 
кальция с небольшим количеством глины, мелкого песка, магнезита и 
окислов железа. Мел белого цвета, мягок, легко пачкается, оставляет 
белую черту. Плотность 2,7 – 2,9 г/см3.

Известковый туф – это пористая ячеистая известковая порода,

отлагающаяся в местах горячих минеральных источников, содержащих 
в растворе углекислый кальций.

Доломит – распространенная осадочная порода состава СаСО3,

MgCO3. В доломитах в зависимости от месторождений часто бывают 
различные примеси: кальцит, глины, опал и др. Твердость 3,5 – 4, 
плотность 1,8 – 2,9 г/см3.

Метаморфические горные породы

Глинистые сланцы представляют собой породу преимущественно 

темно-серого или бурого цвета, состоящую из сильно уплотненных 
глин с вкраплениями некоторого количества кварцевых зерен, 
пластинок слюд и других минералов. При ударе они раскалываются на 
отдельные пластины толщиной 3 – 4 мм по плоскостям слоистости.

Кварциты – метаморфизованные 
песчаники,
состоящие 
из 

кварцевых песков, сцементированных кристаллическим кремнеземом. 
Предел прочности при сжатии 400 МПа.

Мрамор – плотная горная порода, состоящая из тесно сросшихся 

зерен
кальцита, образовавшаяся в процессе перекристаллизации 

известняков и доломитов. Твердость кальцитового мрамора 3, предел 
прочности при сжатии 100 МПа, твердость доломитового мрамора 
3,5 – 4 и соответственно прочность при сжатии 300 МПа.

Студент должен изучить горные породы из коллекции, определить, 

к какой группе по происхождению относится тот или иной камень, 
определить его окраску, характерные физические свойства. Результаты 
работы по изучению горных пород занести в таблицу следующей 
формы:

Название
породы

Группа по 

происхождению
Окраска
Физические 

свойства

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10