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, теплоп-
роводность.

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 физико-
технических 
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 скрыто-
и 

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

Контрольные вопросы

1. Какими свойствами характеризуются каменные материалы?
2. Происхождение природных каменных материалов, деление их 

по генезису на группы. Каких материалов на поверхности земли 
больше, где они применяются? 

3. Какова пористость глубинных и изверженных магматических 

пород? Одинакова ли их прочность? У каких минералов появляется 
цвет?

4. Где применяют в строительстве осадочные горные породы? Как 

они образовались? 

5. Перечислите группы горных пород по происхождению, какова 

их прочность? 

6. Что называют твердостью горной породы? Чем она отличается 

от прочности, на каких образцах определяют прочность естественного 
камня? 

7. Какие минералы относят к породообразующим в магматических 

породах, как они переходят в осадочные? 

8. Какие минералы являются породообразующими в осадочных 

породах, останутся ли они при метаморфизме? 

9. Из каких пород образуются глины, как называют группу этих 

пород, что делают из глины? 

10. Что называют метаморфическими породами, как они произошли, 

где используют? 

Лабораторная работа 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРИРОДНЫХ 

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы:
изучить методику и порядок
определения 

показателей основных физических свойств строительных материалов.

Приборы, 
инструменты, 
материалы:
весы 
технические, 

сушильный шкаф, электроплитка с закрытым нагревательным 
элементом, мерный цилиндр вместимостью 100 или 250 мл, объемомер 
Ле-Шателье-Кандло, 
пикнометр 
вместимостью 
50 
или 
100мл, 

стандартная воронка для определения насыпной плотности материалов,
мерный 
сосуд 
вместимостью 
1 
л, 
металлическая 
линейка, 

штангенциркуль, образцы строительных материалов.

Общие сведения

Физические 
свойства 
определяют 
способность 
материалов 

реагировать 
на 
воздействие 
различных 
физических 
факторов: 

гравитационных, тепловых, водной среды, электрических и т.д. 
К физическим свойствам относятся: средняя, истинная и насыпная 
плотности; пористость, влажность, водопоглощение, теплопровод-
ность, теплоемкость, коэффициент размягчения, морозостойкость и др.

Пористость, 
истинная 
и 
средняя 
плотность
являются 

важнейшими 
параметрами 
физического 
состояния 
любого 

строительного материала, которые обусловливают его отношение к 
действию факторов окружающей среды
– воздействию влаги, 

температуры, газов и др. От параметров состояния функционально 
зависят 
такие 
свойства 
материалов, 
как 
прочность, 

деформативность, теплопроводность, морозостойкость и др. Они 
учитываются при определении рациональной области применения 
материалов, при проектировании строительных конструкций и 
сооружений, при решении ряда технологических вопросов их 
производства, хранения, транспортировки и т.д.

Истинная плотность – это масса единицы объема материала в 

абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот). Истинную плотность 
материала определяют делением его массы m на объем в абсолютно 
плотном состоянии (объем твердой фазы Vт.ф.):

𝜌 =

𝑚

𝑉т.ф., г/см3 или кг/м3.  
(1)

Абсолютный 
объем 
материала 
определяется 
по 
методу 

вытесненной инертной жидкости. Для этого пробу материала 
предварительно высушивают при температуре 105 °С до постоянной 
массы и измельчают до полного прохождения через сито № 0,063. 
Истинную плотность определяют с помощью мерного цилиндра, 
пикнометра или прибора Ле-Шателье.