Горные породы

Горные породы, применяемые в строительстве и архитектуре

Материалы и изделия из природного камня, применяемые в строительстве и архитектуре, подразделяют в зависимости от геологического происхождения и минералогического состава горных пород, физико-механических показателей, способа изготовления, обработки, декоративных особенностей и назиачепия. Для изготовления материалов и изделий из природного камня используют извержепные, осадочпые и метаморфические горные породы.

Основные свойства горных пород. Природный камень характеризуют следующими показателями: объемной массой, пределом прочности при сжатии, морозостойкостью, водопоглощением, пористостью, размягчаемостыо, растворимостью, твердостью, кислотостойкостью, щелочестойкостью, истираемостью, сопротивлением удару.

Для горных пород установлены следующие марки по пределу прочности при сжатии, кГ/см2(1СН МПа): 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800 и 1000; по морозостойкости: Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200, 300, 400 и 500 (Кмря должен быть не менее 0,75); по водостойкости: Кразм 0,60, 0,70, 0,90 и 1,00; но объемной массе; кг /м3: на тяжелые — более 1800 и легкие — не более 1800.

Основными показателями декоративности камня являются фактура лицевой поверхности, цвет, рисунок, структура горных пород.

В зависимости от способа изготовления материалы и изделия из природного камня подразделяются па следующие виды: пиленые из массива и блоков, колотые, грубоколотые, рваные, дробленые, молотые, плавленые, сортированные.

Под горной породой понимают крупное скопление минералов, обладающее в среднем постоянным составом и свойствами. Горные породы представляют собой механическое сочетание одного или нескольких минералов. Например, гранит состоит из трех минералов — полевых шпатов, кварца и слюды, а известняк — из одного — кальцита. Процентное содержание минералов в горной породе определяет ее состав. Форма, размеры и взаимное расположение минералов в горной породе обусловливают ее структуру. Минералогический состав и структура, в свою очередь, определяют свойства горной породы.

Минерал — природное тело, однородное по составу, строению и свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов на поверхности или в глубинах земной коры. Минералы в основном твердые кристаллические или аморфные вещества.

По химическому составу минералы могут быть: простыми веществами (самородные металлы, сера, графит); оксидами и гидрооксидами (кварц Si02, корунд А1203); солями различных кислот (хлориды — каменная соль, сульфаты — гипс, карбонаты — кальцит) и наиболее распространенными в природе сложными соединениями — силикатами и алюмосиликатами различных металлов (полевые шпаты, слюды, асбест).

В природе найдено и изучено около 5000 минералов. Однако лишь небольшое количество из них образуют горные породы. Эти минералы называются породообразующими; к ним относятся, например, кварц, кальцит, полевые шпаты, слюда. Остальные минералы не образуют крупных скоплений, а встречаются довольно редко (например, самородные металлы, алмаз).

По происхождению горные породы делятся на магматические (изверженные), осадочные и метаморфические (видоизмененные). Магматические и метаморфические горные породы составляют около 90 % земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных, однако последние занимают более 75 % площади земной поверхности.

Магматические (изверженные) породы образовались в результате застывания и кристаллизации магмы — расплавленной массы преимущественно силикатного состава, образующейся в глубинах земной коры. Если магма застывала в глубине земной коры и охлаждение шло медленно и под большим давлением, то образовывались крупнокристаллические плотные горные породы, называемые глубинными. К таким породам относятся граниты, сиениты, габбро, лабрадориты. Они отличаются высокими прочностью (/?сж не менее 100 МПа), плотностью (более 2500 кг/м3), износостойкостью и морозостойкостью; хорошо полируются и в полированном виде очень декоративны. Благодаря этим свойствам глубинные породы применяют для облицовки зданий и инженерных сооружений (мосты, набережные и т. п.), устройства полов и лестниц в общественных зданиях. В дробленом виде их используют в качестве щебня для высокопрочного бетона.

Если магма выливалась на поверхность земли, образовывались так называемые излившиеся магматические породы. Из-за быстрого остывания магмы такие породы закристаллизовывались лишь частично или застывали в стеклообразном состоянии. К плотным излившимся породам относятся базальты, порфиры, диабазы. Эти породы применяют там, где и глубинные, но их реже используют для облицовки.

При вулканических извержениях, в случае, если магма была насыщена газами, образуются сильно пористые легкие породы — пемза и вулканический туф, плотность которых 800… 1600 кг/м3. Их широко используют в строительстве как местный стеновой камень и заполнитель для легких бетонов, в тонкоразмолотом виде их применяют в качестве активных добавок к цементу и извести.

Осадочные породы образовались в результате разрушения горных пород (механические отложения) и химической (химические осадки) или биологической (органогенные породы) переработки природного минерального сырья.

Под действием природных факторов (текущая вода, попеременное замораживание — оттаивание, нагрев и охлаждение, ветер и т. п.) массивные горные породы разрушаются, образуя рыхлые механические отложения: гравий, песок, глину. Так, при разрушении гранита сначала образуются сравнительно крупные камни, а затем при дальнейшем разрушении — песок и глина.

Возможна природная цементация песка и гравия; в этом случае образуются песчаники и брекчии. Цементирующим веществом в них могут быть: углекислый кальций (карбонатные песчаники), оксиды железа (железистые песчаники) или гидроксид кремния (кремнистые песчаники), проникающие в песок вместе с подпочвенными водами.

Органогенные породы образуются в результате отложения отмерших организмов (ракушек, рачков и т. п.). К этим породам относятся широко распространенные в природе известняки, известняки-ракушечники, мел, состоящие в основном из карбоната кальция СаС03. Реже встречаются породы, состоящие из аморфного кремнезема Si02: диатомиты и трепелы.

Известняк — одна из основных горных пород, используемых в строительстве. Плотность плотных известняков 2000…2400 кг/м3, а известняков-ракушечников менее 1800 кг/м3. Плотные известняки — довольно прочные (Ясж=20…50 МПа) и достаточно морозостойкие горные породы. Из них получают щебень для бетона. Благодаря светлой окраске (белой, светло-серой, желтоватой) известняки применяют для облицовки. Твердость известняков невелика, и они хорошо поддаются обработке, поэтому много старинных зданий украшено резьбой по известняковому камню. Из известняков-ракушечников выпиливают камни для кладки стен. Все виды известняков используют для получения основных вяжущих веществ (цемента и извести).

В результате химических процессов — растворения минеральных веществ и последующего выпадения твердых веществ из растворов — образовались химические осадочные горные породы. Из таких осадочных пород в строительстве используют природный гипс, доломит, магнезит.

Метаморфические породы образуются в толще земной коры в результате видоизменения магматических или осадочных пород под действием, давления, температуры и водных минеральных растворов. Примером метаморфической породы может служить плотный, хорошо закристаллизованный карбонат кальция — мрамор. Он образовался из известняков в результате их перекристаллизации, сопровождавшейся пропитыванием солевыми растворами. Последнее обусловливает характерную окраску мрамора. К метаморфическим породам относятся также кварциты (уплотненные и перекристаллизованные песчаники), гнейсы (слоистая разновидность гранита), глинистые сланцы (уплотненная, слоистая, не размокающая в воде глиносодержащая порода).