Главнейшие горные породы, применяемые в строительстве

Для того чтобы легче разобраться в многообразии горных пород и выявить причины в различии их свойств, целесообразно воспользо­ваться классификацией горных пород, в основу которой положено их происхождение (генезис). Принципы такой классификации были пред­ложены еще М.В. Ломоносовым, а в современном виде она была доработана российскими учеными Ф.Р. Левинсоном-Лессингом, А.П. Кар­пинским и др.

Генетическая классификация горных пород учитывает условия их образования, которые предопределяют строение и, следовательно, свойства пород. В соответствии с этой классификацией выделены:

магматические - первичные породы, образующиеся при остыва­нии магмы;

осадочные - вторичные породы, образовавшиеся в результате вы­ветривания магматических пород;

метаморфические - осадочные и магматические породы, изменив­шие свое строение и свойства в результате длительных физико-хими­ческих процессов, протекающих под воздействием высоких давлений, температур и минерализованных вод, во время нахождения их в земной коре.

Рис. 20.12. Типы структур горных пород:

а – зернисто-кристаллическая гранитная; б – порфировая; К – кварц; П.ш. – полевой шпат; С – слюда

Ниже рассмотрены главнейшие представители изверженных пород.

Глубинные породы характеризуются кристаллической структурой отсутствием пор, высокой прочностью, твердостью и морозостойкостью. В полированном виде глубинные породы очень декоративны. К ним относятся: граниты, сиениты, габбро и диориты.

Гранит - зернисто-кристаллическая порода (рис. 20.12), сложенная из трех минералов: кварца (20-40 %), полевых шпатов (40-70 %) и слюды (5-20%); иногда слюду заменяет роговая обманка.

Строительные свойства гранитов (в среднем) следующие: плотность 2600-2700 кг/м³; предел прочности при сжатии - 100-250 мПа, а при растяжении, как и у других каменных материалов, в 30-40 раз. Вследствие малой пористости и низкого водопоглощения (< 1 %) граниты очень морозостойки (F > 1000); химически стойкость их высока; граниты - твердые породы. Цвет гранитов определяется цветом полевого шпата и бывает чаще всего серым, розовым и темно-красным. Граниты хорошо полируются, приобретая декоративный вид.

Граниты широко применяют для облицовки зданий и инженерных сооружений (набережные, мосты и т. п.), устройства полов общественных зданий и монументальной скульптуры.

Сиениты - аналоги гранита, но без кварца (образовались из средних магм); свойства и области применения такие же, как у гранита.

Диориты - темно-серая мелкокристаллическая порода, состоящая в основном из полевых шпатов (около 75 %) и темноокрашенных минералов. Плотность - 2800-3000 кг/м³. Отличается повышенной ударной вязкостью. Применяют для облицовки и в дорожном строительстве (брусчатка и т. п.).

Габбро - крупнокристаллическая порода, образовавшаяся из основной магмы; состоит из полевых шпатов (около 50 %) и темноокрашенных минералов (авгита, роговой обманки и т. п.). Плотность - 2900-3300 кг/м³; предел прочности при сжатии - 200-350 мПа. Как и гранит, габбро характеризуется высокой морозостойкостью стойкостью против выветривания. Цвет – темно–серый, темно–зеленый до черного. Габбро хорошо полируется и имеет красивую текстуру.

Вулканические туфы– порода, образующаяся из вулканических пеплов, которые омонолитились в результате природной цементации. Вулканические туфы – пористая порода (П = 30-60 %), имеющая низкую плотность, равную 800-1800 кг/м³. Поры у туфа в большинстве своем замкнутые, что обусловливает его высокую морозостойкость. Прочность при сжатии зависит от пористости и составляет 2-20 мПа. Теплопроводность у туфа в 1,5-2 раза ниже, чем у кирпича. Цвет туфов разнообразный, но не яркий, а глухой; основные оттенки: красно-оранжевые и до коричневато-лиловых. Крупнейшие месторождения туфов имеются в Армении, возникшие в результате деятельности ныне потухшего вулкана Арарат.

Туфы используют как облицовочный материал, а в местах крупных месторождений - как эффективный материал для кладки стен. Благодаря низкой твердости туфа стеновые камни из него вырезают механизированным способом прямо в карьере (рис. 20.13). В тонкомолотом виде туф используют как добавку к цементам.

Туфовая лава — разновидность вулканических туфов, образовавшаяся при попадании пепла и пемзы в огненно-жидкую лаву.По структуре, свойствам и областям применения туфовая лава аналогична вулканическому туфу, но благодаря большей доле замкнутых пор долговечна.

Рис. 20.13. Поточная вырезка стеновых камней машинами с дисковыми пилами

.

Осадочные породы

Конгломераты и брекчии - породы, состоящие из сцементированных крупных зерен гравия (конгломераты) или из остроугольных с шероховатой поверхностью зерен щебня (брекчии). Области их использования такие же, как у песчаников.

Органогенные осадочные породы в основном состоят из карбоната кальция СаСО₃, и реже из аморфного кремнезема SiO₂. Главнейшие породы в этой группе - известняки различного вида, используемые человеком для самых разных целей с глубокой древности.

Известняки плотные - широко распространенная на Земле горная порода, состоящая в основном из кальцита СаСО₃; кроме кальцита они содержат примеси магнезита, глины и кремнезема. Цвет известняков в зависимости от примесей: белый, светло-серый, серовато-кремовый или желтоватый.

Плотность известняков - 2000-2600 кг/м³, прочность при сжатии у них сравнима с прочностью бетона и составляет 10-100 мПа, Твердость небольшая - 3-3,5, что позволяет легко добывать и обра­батывать известняк. Морозостойкость известняков существенно зави­сит от пористости, степени цементации, наличия примесей и нуждается в постоянном контроле. Абсолютно не стойки они к воздействию кислых сред.

Известняки - одна из самых важных горных пород для строителей. Они издавна использовались для возведения зданий и их облицовки (достаточно вспомнить слова «Москва белокаменная»), из известняков делались фундаменты. Самый распространенный щебень для бетонов и дорожных покрытий - известняковый, и, наконец, известняк - сырье для получения извести и цемента.

Мраморовидные известняки - переходные породы от плотных из­вестняков к мраморам. Они имеют большую плотность (до 2700 кг/м³) и прочность (60-150 мПа), чем обычный известняк.

Известняк-ракушечник - пористая порода, состоящая из раковин и панцирей моллюсков, сцементированных известковым цементом. Плотность ракушечника - 900-2000 кг/м³, прочность при сжатии - 0,5-15 мПа. Он имеет низкую теплопроводность и легко поддается распиловке. Используют в виде камней и блоков как местный стеновой материал. Декоративные разновидности ракушечника применяют как облицовочный материал.

Мел - землистая горная порода, состоящая из мельчайших облом­ков раковин и скелетов морских микроорганизмов, представляет собой почти чистый кальцит СаСОз. Используют при производстве извести, цемента, стекла и благодаря высокой дисперсности для приготовления красок и шпатлевок.

Диатомиты и трепелы - рыхлые землистые породы белого, серого или желтоватого цвета, в основном состоящие из аморфного кремнезема SiO₂ × nН₂О; по внешнему виду и физическим свойствам похожи на мел. Они образовались из остатков мельчайших водорослей, а также кремневых скелетов морской микрофауны (диатомий, радиолярий и т. п.) с примесью глины и ила. Со временем под давлением вышележащих слоев горных пород диатомиты и трепелы уплотняются и превращаются в плотную, прочную и трудно размокающую в воде породу - опоку.

В диатомите и трепеле до 75-95 % активного кремнезема, поэтому их применяют как гидравлическую добавку к вяжущим. Их также используют при производстве теплоизоляционных материалов.

Хемогенные осадочные породы образовались, главным образом, при испарении вод, содержащих минеральные соли. Для строителей инте­рес представляют сульфаты и карбонаты кальция и магния: гипс, ангидрит, известковый туф, магнезит и доломит.

Известковый туф образовался в результате выпадения СаСОз из источников подземных углекислых вод. Туфы пористы и имеют нозд­реватое строение. Они легко поддаются распиловке и используются для внутренней облицовки помещений, улучшая их акустические свойства. В этом отношении приобрела популярность разновидность туфа - травертин.

Магнезит - порода, состоящая в основном из минерала магнезита МgСО₃. Используют для получения огнеупорных материалов и магне­зиальных вяжущих.

Доломит- порода, состоящая в основном из минерала доломита СаСО₃ × МgСО₃, с примесью глины, оксидов железа и др. По структуре и физическим свойствам доломит близок к плотным известнякам: p_m= 2200-2800 кг/м³; R_сж = 50-200 мПа. Поэтому его применяют в качестве строительного камня и щебня для бетона.

Гипс - горная порода обычно белого или серого цвета, состоящая из минерала того же названия СаSО₄ × 2Н₂О. В строительстве исполь­зуют как сырье для получения гипсовых вяжущих. Благодаря низкой твердости применяют для изготовления мелких поделок по камню.

Ангидрит-плотная горная порода, состоящая преимущественно из минерала ангидрита СаSО₄. Цвет породы белый с голубым или серым оттенком. Используют для получения вяжущих и для внутренней отделки и скульптурных работ. На открытом воздухе быстро выветри­вается, переходя в гипс.

Метаморфические породы

Горные породы, находящиеся в земной коре, со временем могут существенно изменить структуру и свойства, не меняя принципиально свой химический состав. Причина таких изменений - воздействие давления, повышенных температур и минерализованных вод. Метаморфизироваться могут как магматические, так и осадочные породы. Яркий пример метаморфизма - превращение массивной магматической породы перидотита в слоистую породу серпентинит, имеющую в своем составе тонковолокнистый минерал - асбест. Среди метаморфических пород для строителя представляют интерес мрамор, кварцит глинистый сланец и гнейс.

Мраморы - метаморфизированные известняки, состоящие из плотно сросшихся между собой кристаллов кальцита (СаСО₃), иногда с примесью доломита (СаСО₃ × МgСО₃). Кристаллы в мраморе прочно связаны друг с другом без цементирующего вещества. Это произошло за счет огромного многостороннего давления на известняки в условиях повышенных температур. Мрамор имеет высокую плотность (2600...2800 кг/м³) и прочность (R_сж= 50-300 мПа); водопоглощение мрамора менее 1%. При всем этом твердость мрамора не высока - 3-3,5, что облегчает его обработку.

Отличает мрамор от известняков еще одно свойство: мраморы хорошо полируются.

Мраморы широко применяют для отделки зданий и общественных сооружений.Не рекомендуется использовать мрамор для полов с большой интенсивностью эксплуатации (он быстро изнашивается) и для наружной, облицовки зданий. Последнее объясняется тем, что кальцит не стоек к действию влаги и кислотных оксидов (в том числе и СО₂), содержащихся в атмосфере городов. В этих условиях мрамор быстро теряет полировку и разрушается с поверхности.