Строительные материалы. Часть 1. 2013

Таблица 1 – Генетическая классификация горных пород

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

		Магматические				Осадочные				Метаморфиче-
		(первичные)				(вторичные)				ские
										(видоизменен-
										ные)
	А. Массивные					А. Механические (обло-				А. Измененные
	1.	Глубинные (интрузивные)				мочные)				магматические
	–	гранит, сиенит,	диорит,			1. Рыхлые	– горный ще-			– гнейсы.
	габбро.					бень, гравий, песок, глина.				Б. Измененные
	2.	Излившиеся (эффузивные)				2. Цементированные – пес-				Осадочные –
	– порфиры, трахиты, анде-					чаники,	конгломераты,			кварциты, гли-
	зиты, диабазы, базальты.					брекчии.				нистые сланцы,
	Б. Обломочные		(вул-			Б. Химические –				мрамор.
	каногенные)					гипс, ангидрит, магнезит,
	1.	Рыхлые – вулканические				доломит, известняки.
	пепел, песок, пемза.					В. Органогенные –
	2.	Цементированные				известняки,	известняк-
	–	туфовая лава, вулканиче-				ракушечник, мел, диато-
	ские туфы, трассы					миты, трепелы, опоки.

а б Рисунок 1 – Крупнокристаллическая структура магматических

глубинных пород на примере гранита а2, б3

Около 2/3 от всех глубинных пород приходится на долю гранита, состоящего из кварца, полевых шпатов и слюд. Другие глубинные горные породы

– диорит, сиенит, габбро – сложены разными видами и соотношениями поле-

2http://www.mosrif.ru/ppgranit3_1.htm

3http://www.its.izhstroy.ru/article/10730/

31

вых шпатов, слюд и железисто-магнезиальных силикатов.

Глубинные породы обладают высокой средней плотностью (2600–3300 кг/м3), прочностью (100–350 МПа) и долговечностью, хорошо шлифуются и полируются.

Глубинные породы применяют для кладки фундаментов и стен неотапливаемых зданий, для наружной и внутренней облицовки, а в дробленом виде – в качестве щебня для тяжелого бетона.

Излившиеся ( эффузивные) горные породы – порфиры, трахиты, андезиты, базальты, диабазы – образовались при сравнительно быстром охлаждении магмы, излившейся на поверхность земли. Структура излившихся пород может быть полукристаллической, зернистой и стекловатой. Излившиеся породы имеют свои аналоги среди глубинных пород по минералогическому составу, но отличаются мелкокристаллической (до стекловатой) структурой (рисунок 2).

Рисунок 2 – Мелкокристаллическая структура магматических излившихся пород на примере базальта4

Прочность и долговечность излившихся пород изменяются в более широких пределах (в меньшую и большую сторону), чем у глубинных. Излившиеся породы применяют чаще всего в качестве щебня для бетонов, а также как облицовочные (порфиры), стеновые (трахиты), кислотостойкие (андезиты) материалы, в качестве сырья для каменного литья и минеральной ваты (диабазы, ба-

4 http://www.stimex spb.ru/library/stone/bazalt

32

зальты).

Обломочные (вулканогенные) породы из-за резкого охлаждения маг-

мы в атмосфере и ее вспучивания газами имеют аморфную стекловидную пористую структуру (рисунок 3), низкую среднюю плотность и теплопроводность.

Рисунок 3 – Стекловидная пористая структура вулканогенных пород на примере вулканического пепла5. Размер частицы 80–120 мкм (0,08–0,12 мм).

Рыхлые вулканические породы делят следующим образом: частицы раз-

мером менее 1 мм называют вулканическим пеплом; 1– 5 мм – вулканическим песком; 5–50 мм – пемзой.

Цементированные вулканические породы. Если обломочные частицы попадают в вытекающую жидкую магму и перемешиваются с ней, то образуется порода, называемая туфовой лавой. Если частицы вулканических пеплов скрепляются впоследствии между собой другими породами («природными цементами») или в результате спекания, давления вышележащих слоев, образуются породы, называемые вулканическими туфами и трассами.

Вулканические породы применяют в качестве активных минеральных добавок к извести и цементу, в качестве теплоизоляционных материалов, легких заполнителей в легких бетонах и растворах, а вулканические туфы и туфовая лава, кроме того, – в качестве камней и блоков для кладки стен отапливаемых зданий.

5 http://geology.com/articles/volcanic ash.shtml

33

Осадочные горные породы – виды, применение

В зависимости от условий образования осадочные породы делятся на механические (обломочные), химические и органогенные.

Механические (обломочные) осадочные породы образовались в ре-

зультате естественного разрушения (выветривания) ранее существовавших, в основном магматических, горных пород под воздействием физических и химических процессов, происходящих в поверхностных слоях земной коры.

Рыхлые обломочные осадочные породы, применяющиеся в строительстве, делят по величине частиц на следующие виды: горный щебень и гравий – от 5 до 70 (150) мм; песок – от 0,14 до 5 мм; глины – породы, имеющие в своем составе частицы глинистых минералов (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др.), размеры которых обычно менее 0,005 мм.

а б Рисунок 4 – Горный щебень (а6) и гравий (б7)

Частицы горного щебня имеют угловатую форму и шероховатую поверхность, а частицы гравия – округлую форму и гладкую поверхность (рисунок 4). Горный щебень и гравий состоят из тех же минералов, что и магматические породы, из которых они образовались.

Пески по виду преобладающего минерала могут быть: кварцевыми, полевошпатными, кварц-полевошпатными, карбонатными и др.

Гравий и горный щебень применяют в качестве заполнителей для бетонов, а песок – в качестве заполнителей для бетонов и растворов. Глины приме-

6http://www.bgpk22.ru/products/shcheben.html

7http://www.kbk spektr.ru/materials/20/121/107.html

34

няют для получения керамических материалов – кирпича, плиток, санитарнотехнических изделий, керамзита и др.

К цементированным относят обломочные породы, связанные каким-либо веществом – песчаники, конгломераты, брекчии (рисунок 5). Таким «природ-

ным цементом» могут быть кальцит, аморфный кремнезем, оксид железа и др. Песчаники – это сцементированный кварцевый песок, конгломераты –

сцементированные зерна гравия, брекчии – сцементированные зерна щебня.

а б в Рисунок 5 – Песчаник (а8), конгломерат (б9), брекчия (в10)

Прочность цементированных пород зависит от вида «природного цемента». В зависимости от обладаемой прочности песчаники, конгломераты и брекчии используют либо в качестве стеновых или облицовочных материалов, либо в качестве заполнителей.

Химические осадочные породы образовались в результате выпадения в осадок и кристаллизации солей из природных вод. Из этих горных пород для получения строительных материалов используют гипс, ангидрит, магнезит,

доломит, известняки.

Гипс – горная порода, состоящая из минерала того же названия – гипса CaSO4 2H2O. Гипс применяют для получения гипсовых вяжущих и в качестве добавки к цементам для замедления схватывания.

Ангидрит состоит из одноимённого минерала ангидрита CaSO4. Ангидрит применяют для получения ангидритового цемента и в качестве облицовочного материала.

Магнезит состоит из минерала магнезита MgCO3. Магнезит применяют для получения вяжущего (каустического магнезита) и огнеупорных материалов.

8http://www.dialeks.net/img/big/tema779peczhan 02.jpg

9http://www.positive feedback.com/Issue14/eclipse.htm

10http://www.mindat.ru/minshop/index.php/manufacturers_id/1/sort/3a/page/41

35

Доломит состоит из минерала доломита CaCO3 MgCO3. Применяют для получения вяжущего (каустического доломита), огнеупоров, облицовочных плит, щебня.

Известняки химического происхождения образовались в результате вы-

падения в осадок минерала кальцита CaCO3. Могут быть пористыми (известковые туфы) и плотными. Известняки используют для получения извести и портландцемента, для кладки и облицовки стен, а также в виде щебня.

Органогенные осадочные породы образовались в результате жизнедеятельности и отмирания некоторых животных и растительных организмов, обитающих в воде. Они делятся на известняковые, состоящие в основном из ми-

нерала кальцита CaCO3 – органогенные известняки, известняк-ракушечник, мел,

и кремнеземистые, состоящие в основном из аморфного некристаллического кремнезема SiO2 nH2O – диатомиты, трепелы, опоки.

Органогенные известняки представляют собой остатки морских животных – скелеты губок, кораллов, раковин, панцирей и др., скрепленных выпавшим в осадок из воды химическим CaCO3. Имеют разную плотность и прочность. Органогенные известняки применяют для производства извести и портландцемента, а плотные и прочные, кроме того, – в качестве облицовочных материалов и щебня.

Известняк-ракушечник – пористая порода, состоящая в основном из остатков раковин, сцементированных химическим CaCO3. Известняк-ракушечник используют для изготовления легких стеновых блоков, облицовочных плит, в качестве легкого заполнителя, для получения извести и портландцемента.

Мел – мельчайшие, слабоскрепленные частицы скелетов карбонатных водорослей и одноклеточных животных. Мел применяют для получения портландцемента, извести, стекла, красок, замазок.

Диатомиты и трепелы образовались из остатков мельчайших водорослей, богатых кремнеземом (диатомей и др.). Внешне похожи на мел или светлые глины. С течением времени уплотняются и цементируются в более твердую и прочную породу – опоку. Диатомиты, трепелы и опоки применяют для изготовления теплоизоляционных материалов, легкого кирпича, в качестве активных минеральных добавок к извести и цементу.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы – виды, применение

При воздействии на некоторые магматические и осадочные породы высоких давлений и температур происходят изменения (метаморфизмы), заключающиеся в перекристаллизации, появлении слоистости, а в итоге – к появле-

36

нию новых горных пород, называемых метаморфическими, или видоизме-

ненными.

К видоизмененным магматическим породам, применяющимся в строительстве, относятся гнейсы, а к видоизмененным осадочным – кварциты, глини-

стые сланцы, мрамор.

Гнейсы образовались из гранита и отличаются от него слоистостью. Гнейсы применяют в основном так же, как гранит.

Кварциты образовались из кремнистых песчаников. Обладают высокой прочностью, твердостью, долговечностью. Применяют для опор при больших нагрузках, например, в мостах, для наружной облицовки, в виде щебня, для получения огнеупоров.

Глинистые сланцы являются продуктами природного обжига глин. В отличие от глин, не размокают в воде, стойки против выветривания, легко раскалываются на тонкие пластинки. Применяют как кровельный материал.

Мрамор образовался из известняков в результате перекристаллизации. Мраморы, имеющие хорошую текстуру, высокие декоративные свойства, применяют в качестве облицовочных блоков, плит. Мраморы с дефектами строения, трещинами дробят и используют как декоративный заполнитель в бетонах, а также для получения извести, портландцемента.

Добыча и обработка горных пород. Виды материалов из природного камня

Рыхлые горные породы – гравий, песок, глину и др. – добывают открытым способом, применяя одноили многоковшовые экскаваторы, реже – гидромеханизированным способом, размывая и перекачивая при помощи воды.

Из массивов пористых непрочных пород (туфов, известняков-

ракушечников и др.), как правило, прямо в карьере камнерезными машинами вырезают штучные изделия – блоки, камни, плиты.

Плотные и прочные горные породы обычно вначале отделяют от мас-

сива взрывным способом, а затем распиливают на штучные изделия или дробят на бут, щебень или песок.

По степени обработки и по применению материалы из природного камня делят на следующие виды.

1. Грубообработанные – бутовый камень, щебень, гравий, песок. Бутовый камень имеет неправильную форму и размеры в пределах 150–

500 мм по наибольшему измерению. Бутовый камень получают из магматических пород, известняков, доломитов, кварцитов и др., применяют для кладки

37

фундаментов и стен неотапливаемых зданий.

Щебень, наряду с природным, чаще всего получают искусственным путем – дроблением горных пород. Песок, наоборот, используют преимущественно природный, реже получают искусственный песок путем дробления горных пород. Размеры частиц и применение щебня, гравия и песка даны выше, при описании осадочных горных пород.

2. Блоки и камни для кладки стен. Имеют форму прямоугольных параллелепипедов. Получают выпиливанием из горных массивов, либо распиливанием заготовок. К блокам относят изделия объемом более 0,1 м3, а к камням – изделия с меньшим объемом.

Блоки и камни из пористых, легких пород (туфы, известнякиракушечники и др.) применяют для кладки стен отапливаемых зданий, а из плотных, тяжелых – для подвалов и стен неотапливаемых зданий.

3. Облицовочные материалы. Для наружной облицовки зданий и сооружений используют камни и плиты из плотных и атмосферостойких пород – магматических, известняков, доломитов, реже мрамора и др. В зависимости от характера обработки фактура лицевой поверхности камней и плит может быть:

– «скала» – с крупными буграми и впадинами, как при расколе горной породы (рисунок 6);

–рифленая или бороздчатая – с правильным чередованием гребней и впадин глубиной от 0,5 до 2 мм;

–точечная – равномерно шероховатая с углублениями до 2 мм;

–пиленая – с неправильно чередующимися следами от пилящего инструмента глубиной не более 2 мм;

–шлифованная – шероховатость глубиной до 0,5 мм;

–полированная – с зеркальным блеском и отражением окружающих предметов (рисунок 6).

а

б

38

Рисунок 6 – Облицовочные материалы: а) – плиты с фактурой «скала»11; б) – полированная плита12

Для внутренней облицовки (стен, полов, лестниц и т.д.), наряду с вышеперечисленными, применяют плиты и другие изделия из менее прочных и менее атмосферостойких пород – пористых известняков, ракушечников, туфов, ангидрита.

4. Элементы лестниц и балюстрады (ограждений) – шлифованные или полированные ступени, тетива, балясины, поручни, столбики и др. (рисунок 7)

Рисунок 7 – Гранитная лестница13 и балюстрада из натурального камня14

5. Дорожные материалы – бортовые камни (бордюрные), брусчатка

(мелкие бруски для мощения дорог), тротуарные плиты – изготавливают в основном из магматических глубинных пород.

Применение горных пород в обжиговых и плавленых материалах

1. Сырье для керамических материалов – в основном глина. В качестве плавней могут добавляться полевошпатные породы, доломит, магнезит, а в качестве отощающих материалов – кварцевый песок.

11http://www.granitm.ru/16.htm

12http://megasklad.ru/lots/view/111549

13http://granitmramor.freemarket.kiev.ua/message/

14http://www.luxhouse.lexy.ru/index 99.htm

39

2.Сырье для изделий из минеральных расплавов (стекло, каменное литье, минеральная вата). Для получения стекла применяют в основном кварцевый песок, известняк, доломит. Для каменного литья и минеральной ва-

ты – габбро, диабазы, базальты.

3.Сырье для минеральных вяжущих веществ – гипс, ангидрит, из-

вестняк, доломит, магнезит, глина и др. Для получения каких вяжущих приме-

няются указанные породы сказано выше. В качестве активных добавок к мине-

ральным вяжущим применяют вулканические породы, а также трепел, диатомит, опоку.

40