Общие сведения о горных породах

ПРИРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Природные каменные материалы получают из горных пород без специальной обработки (гравий, песок, глина) и с использованием механических технологий (распиливание, раскалывание, дробление, просеивание, шлифование, полирование). При этом они полностью или почти полностью сохраняют свойства исходной горной породы.

Природный камень наряду с древесиной был первым строительным материалом, используемым человеком. И в наши дни практически все монументальные постройки выполняются с применением природного камня. Облицовка зданий и сооружений природным камнем, использование камня в интерьере помещений обеспечивает архитектурную выразительность, придает респектабельность и престижность.

Природный камень, применяемый непосредственно как строительный материал, привлекает своей декоративностью, стойкостью, долговечностью. Высокая стойкость делает природный камень незаменимым для гидротехнических сооружений, дорожного и мостового строительства и во многих других случаях, когда необходимо обеспечить высокую долговечность сооружения.

Пористые камни (вулканический туф, известняк-ракушечник) очень эффективны как местный материал для кладки стен вместо кирпича и других искусственных стеновых материалов. Миллионы кубометров песка, гравия, щебня расходуются на получение бетонов и строительных растворов. Огромное количество природного камня используется в качестве сырья для получения большинства искусственных строительных материалов: минеральных вяжущих веществ, керамики, стекла и проч.

Горные породы - главный источник получения строительных материалов. Это значительные по объему скопления минералов в земной коре, образующиеся под влиянием одинаковых условий.

Минералы - вещества, являющиеся продуктами природных реакций, происходящих в земной коре, однородные по химическому составу и физическим свойствам.

Горная порода может состоять из одного минерала - мономинеральная (например, гипс СаSO₄.2H₂O), либо из нескольких минералов - полиминеральная (например, гранит состоит из кварца, слюды, полевых шпатов).

Горные породы классифицируются (табл. 3.1) по условиям их происхождения (по генетическому признаку), так как именно происхождение определяет химико-минералогический состав, строение и свойства горной породы.

Магматические (изверженные) горные породы образовались в результате охлаждения и затвердевания магмы (силикатный расплав, поступающий из недр земли). Они слагают большую часть земной коры. В зависимости от скорости и условий охлаждения они делятся на глубинные, излившиеся плотные и излившиеся пористые.

Глубинные горные породы образовались в глубине земной коры в результате медленного и равномерного охлаждения магмы при относительно высоком давлении вышележащих слоев земли. Эти условия благоприятствовали полной кристаллизации минералов из магматического расплава и формированию зернисто-кристаллического строения.

Отсюда и высокие физико-механические свойства глубинных пород: малая пористость и объемное водопоглощение (<1%), высокая прочность (Rсж = 100 - 300 МПа), высокая плотность (= 2600 -3000 кг/м³), высокая морозостойкость, высокая теплопроводность (3 Вт/(м.⁰C)), хорошая декоративность многих глубинных пород, высокие технологические свойства (хорошо полируются и шлифуются до зеркального блеска).

Излившиеся плотные породы образовались при излиянии магмы из глубины и застывании ее в поверхностных слоях земной коры или на поверхности земли. Магма остывала более быстро и менее равномерно, поэтому минералы из расплава либо не успели закристаллизоваться, либо закристаллизовались только те, которые имеют высокую скорость кристаллизации. Вследствие этого, структура этих пород стекловатая, скрытокристаллическая или порфировая (в аморфное стекло или мелкокристаллическую массу включены вкрапленники кристаллов).

Неоднородность структуры отражается на свойствах горных пород. Так, излившиеся плотные породы - кварцевые порфиры по минеральному составу близки к гранитам, но более хрупки и менее стойки к резким колебаниям температуры. Значения прочности, пористости, волопоглощения близки к глубинным породам.

Излившиеся пористые породы образовались при вулканических извержениях, когда на поверхность земли под большим давлением выбрасывались частицы раздробленной магмы вместе с парами и газами. Магма, быстро охлаждалась и удерживая газы при снижении давления, приобретала стеклообразное пористое строение.

Эти породы имеют малую среднюю плотность (750-1400 кг/м³), высокую пористость (45-70%), небольшую теплопроводность (0,15-0,35 Вт/(м.⁰C)), достаточную прочность (5-15 МПа и более), высокую морозостойкость (ввиду того, что большинство пор замкнутые). Среди прочих свойств следует отметить высокую долговечность, химическую активность, хорошие технологические свойства (легко обрабатываются, распиливаются, пробиваются гвоздями, шлифуются, но не полируются).

Осадочные горные породы образовались в результате разрушения магматических (первичных) горных пород, которые находились на поверхности земли и подвергались процессам природного выветривания, т.е. сменам температур, увлажнению и высыханию, замораживанию и оттаиванию и другим атмосферным воздействиям. Продукты разрушения часто переносились водой на большие расстояния и отлагались. Так образовались рыхлые механические отложения. Часть их в дальнейшем подвергалась цементированию различными природными цементами и таким образом возникали сцементированные породы.

Некоторые осадочные породы – органогенные (органического происхождения) - образовались из крупных скоплений отмерших животных (зоогенные) и растительных (фитогенные) организмов (скелеты губок, кораллы, панцири, раковины, водоросли и т.д.).

Химические осадки образовались из концентрированных водных растворов солей, некоторые - за счет взаимодействия составных частей первичной горной породы с веществами, находящимися в окружающей среде.

Строение у осадочных пород более пористое, чем у плотных магматических. Характерная особенность строения - слоистость. По сравнению с плотными магматическими породами они имеют большую пористость, меньшую прочность; некоторые осадочные породы растворяются в воде, некоторые распадаются в воде на мельчайшие частицы.

Классификация горных пород по генетическому признаку

Основные группы горных пород

Магматические

Осадочные

Метаморфические

Глубин-ные

Излившиеся

Механические отложения

Химические осадки

Органогенные отложения

Видоизменен- ные магмати- ческие

Видоизменен- ные осадоч-ные

Плотные

Пористые

Рыхлые

Сцементи- рованные

Рыхлые

Сцементи-рованные

Граниты, сиениты, габбро, диориты

Базальты. порфиры, диабазы, андезиты

Вулка- ничес- кие пеплы, пемзы

Вулканиче ские туфы, лавы

Глины, пески, гравий

Песчаники, конгломе- раты, брекчии

Гипс, ангидрит, магнезит, доломиты, известняки, известковые туфы

Известняки, мел, ракушечник, диатомиты, трепелы

Гнейсы

Мраморы, кварциты, глинистые сланцы

Метаморфические горные породы образовались из магматических или осадочных в результате глубокого преобразования их под действием высоких температур, высоких давлений и химически активных веществ (растворов и газов). При этом менялся минеральный состав, строение, свойства, а иногда и химический состав исходной породы. Направленное давление вызывало деформацию кристаллов, образование сланцеватого (слоистого) строения и, как следствие, анизотропию свойств. Например, гнейс – слоистая порода, образовавшаяся в результате перекристаллизации гранитов при одноосном давлении. Минеральный состав у гнейса, как у гранита, но кристаллы ориентированы в одном направлении. Слоистость гнейса облегчает его добычу и обработку, но снижает стойкость к выветриванию.

Технические требования к каменным материалам

Основными показателями качества природных каменных материалов являются предел прочности при сжатии (марка материала), средняя плотность, морозостойкость и водостойкость, характеризуемая коэффициентом размягчения. В особых случаях определяют также истираемость, износостойкость, сопротивление удару и другие показатели.

По средней плотности природные каменные материалы делят на тяжелые (>1800 кг/м³) и легкие (менее 1800 кг/м³). По прочности на сжатие (кгс/см²) их делят на марки: 4; 7; 10; 15; 25; 35; 50; 75; 100; 125; 150; 200, далее через 100 до марки 1000.

Марки природных каменных материалов по морозостойкости (количество циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии): 10; 15; 25; 50; 100; 200; 300 и 500. Градация по коэффициенту размягчения; 0,6; 0,75; 0,8; 0.9 и 1,0. Коэффициент размягчения камня (отношение предела прочности камня в водонасыщенном состоянии к пределу прочности в сухом состоянии), применяемого для фундаментов, дорожных покрытий, гидротехнических конструкций, должен быть не ниже 0,8, а для наружных стен зданий – не ниже 0,6.

Дата добавления: 2014-01-06