Классификация горных пород

Условия образования горных пород предопределяют их минералоги­ческий состав и общий характер строения. Именно от состава и структуры зависят их основные свойства, а следовательно применение в строительстве.

По условию образования горные породы разделяют на три основ­ные группы: магматические (изверженные), осадочные (вторичные) и метаморфические (видоизмененные).

Изверженные горные породы образовались из расплавленной маг­мы, поднявшейся из глубины земной коры и отвердевшей при остывании. В зависимости от скорости и места охлаждения магмы они в свою очередь могут быть глубинными или излившимися. Глубинные породы остывали медленно, под значительным давлением толщи земной коры. Эти условия обеспечили полную кристаллизацию составляющих минералов. Поэтому глубинные горные породы имеют крупнокристаллическую структуру, вы­сокую плотность 2600 - 3300 кг/м, прочность на сжатие 100 - 500 МПа, морозостойкость более F200, низкое водопоглощение 0,1 - 1,5 %, большую теплопроводность. К ним относятся граниты, габбро, диорит и др.

Граниты - наиболее распространенные из всех магматических по­род на Земле, имеют зернисто-кристаллическое строение, обеспечивающее им высокую прочность на истирание. Цвет гранита зависит от цвета вхо­дящего в его состав полевого шпата и бывает чаще всего серым, голубова­то-серым, но может быть темно-красным и даже зеленым. Граниты хорошо обрабатываются (обтесываются, шлифуются и полируются). В строитель­стве используют облицовочные плиты для стен и пола, бордюрные камни, щебень для высокопрочных бетонов. Граниты применяют для облицовки гидротехнических сооружений, набережных, цоколей зданий, а также для выполнения фундаментов монументальных сооружений.

Габбро - кристаллическая крупнозернистая горная порода, стойкая против выветривания. Природный камень используют в качестве облицо­вочных плит покрытия дорог и получения высокопрочного щебня для бе­тонов. Одна из разновидностей габбровых пород - лабрадорит имеет се­рую, черную и др. окраску с красивыми мерцающими вкраплениями в си­них и зеленых тонах, используют его для особо ценных облицовок.

Диорит - крупнокристаллическая среднезернистая горная порода, обладающая повышенной ударной вязкостью и устойчивостью к выветри­ванию, хорошо полируется. Эти свойства позволяют использовать диори­ты в качестве материалов, противодействующих различным вибрацион­ным воздействиям, например, фундаменты мостовых сооружений. По строительным свойствам диорит не уступает граниту, его применяют при облицовочных работах и в дорожном строительстве.

Излившиеся горные породы образовались при быстром остывании магмы. В случае отверждения у поверхности земли породы близки по сво­им свойствам к глубинным, но в отличие от них имеет мелкокристалличе­скую, скрытокристаллическую или частично стекловатую - аморфную структуру. К плотным породам относят андезиты, диабазы и базальты, от­личающиеся высокой кислотостойкостью. При быстром охлаждении лавы, выброшенной под давлением газов на поверхность земли или высоко в воздух, образуются соответственно высокопористая вулканическая пемза или рыхлый вулканический пепел, который с течением времени спрессо­вывается и образует вулканический туф.

Андезиты обладают повышенной выветриваемостью, поэтому в за­висимости от возраста могут быть плотной породой со средней плотно­стью 2700 - 3100 кг/м, или относительно пористыми - средняя плотность до 2500 кг/м. Плотные андезиты применяют как дорожный камень в виде кислотоупорных облицовочных плит, щебня для кислотоупорных бетонов и тонкомолотого наполнителя для изготовления кислотостойких мастик и специального кислотостойкого цемента. Пористые разновидности идут на изготовление стенового материала в виде блоков и мелкоштучных камней.

Диабазы имеют скрытокристаллическую структуру, обладают высо­кой прочностью, большой ударной вязкостью, малой истираемостью, спо­собностью раскалываться на куски сравнительно правильной формы. Ис­пользуют диабаз для изготовления дорожных материалов, щебня для бето­на, облицовочных плит, а также в качестве сырья для получения кислото­упорных изделий - каменного литья.

Базальт представляет собой плотную тяжелую породу, имеющую скрытокристаллическое или аморфное строение. Большая твердость и хрупкость базальтов затрудняют их обработку. Эта горная порода обладает кислотоупорными и электроизоляционными свойствами, а также является ценным сырьем для получения кислотостойкого каменного литья в виде облицовочных плит и труб. Используя специальную технологию, из ба­зальта получают каменную вату.

При быстром охлаждении лавы на поверхности воды или влажных почв за счет интенсивного выделения паров и газов образуется высокопо­ристая порода - вулканическая пемза. Эта порода имеет небольшую сред­нюю плотность, малую теплопроводность и небольшую прочность при сжатии - 2 - 3 МПа. Поэтому пемзу используют как заполнитель в легких бетонах, при производстве тепло- и звукоизоляционных материалов.

Вследствие уплотнения вулканических пеплов, получившихся при выбросах на большую высоту и охлаждении лавы, образуются вулканиче­ские туфы, которые имеют пористое строение. Туфы применяют для клад­ки стен в виде пиленых камней, внутренней и наружной плитной облицов­ки; в дробленом виде - как заполнитель для легких, декоративных бетонов. Вулканические пеплы являются также активными минеральными добавка­ми при производстве цементов.

Осадочные породы имеют вторичное происхождение, так как обра­зуются в результате физического и химического разрушения изверженных пород. Например, гранит разрушается с образованием природного щебня, кварцевого песка и глины. Общими свойствами осадочных пород являются одинаковые формы залегания в виде пластов, поэтому их еще называют пластовыми.

Основными причинами разрушения являются следующие: физиче­ское - нагревание солнцем, резкие перепады температур, ветер и замерза­ние влаги в порах; химическое - воздействие различных кислот и солей, находящихся в воде и воздухе (углекислота, серный и сернистый ангид­рид); органическое - влияние продуктов жизнедеятельности мхов, лишай­ников и других простейших растений и микроорганизмов.

Наиболее опасно периодическое замерзание и оттаивание в условиях повышенной влажности материала. Камни, содержащие более 0,5 % влаги, уже чувствительны к изменению температуры. Влага, находящаяся в порах и капиллярах горной породы, замерзая, создает внутри огромные разру­шающие напряжения в сотни атмосфер. Процесс этот усиливается дейст­вием ветра. В результате порода распадается на отдельные куски и зерна.

В зависимости от условий образования осадочные породы делят на три основные группы: обломочные, химические осадки и органогенные.

Обломочные породы (механические отложения) образовались в ре­зультате физического разрушения изверженных пород. Их в свою очередь подразделяют на рыхлые (гравий, щебень, песок, глина), оставшиеся на месте разрушения или перенесенные водой, льдом или ветром, и сцемен­тированные (песчаники, брекчии, конгломераты). Цементирующим веще­ством в этих породах может служить раствор карбоната кальция, кремне­зема, оксидов железа или глины. В песчаниках цементируемой породой послужил песок, в брекчиях - щебень, конгломератах - гравий, имеющий округлую форму. Сцементированные породы, так как они обладают высо­кой плотностью, прочностью и морозостойкостью, используют для кладки фундаментов, стен неотапливаемых помещений, облицовки зданий, ступе­ней и тротуаров.

Химические осадки образовались в результате выпадения из пере­сыщенных водных растворов вследствие изменения температуры различ­ных кристаллических веществ. Основными представителями этой группы материалов, нашедшими широкое применение в строительстве, являются карбонатные (известняк, магнезит, доломит) и сульфатные породы (гипс, ангидрит). Все эти природные каменные материалы служат сырьем при из­готовлении минеральных вяжущих веществ: извести, портландцемента, каустического магнезита, гипса, которые используют для получения строительных растворов и бетонов.

Органогенные отложения образовались в результате скопления отмирающих водорослей, раковин, моллюсков и их спрессовывания толщей воды.

Для строительных целей наибольшее применение нашли мел, из­вестняк-ракушечник, диатомиты и трепелы.

Мел - мягкая порода, сложенная мельчайшими частицами скелетов водорослей и одноклеточных животных. Его используют в цементной, сте­кольной промышленности, при производстве извести, в качестве наполни­теля пластмасс, красочных составов и резиновых изделий.

Известняк-ракушечник представляет собой сцементированные об­ломки раковин. Это относительно пористая порода с водопоглощением до 30 %, прочностью от 10 до 60 МПа. Используют этот материал в качестве бутового камня, щебня, стеновых блоков, облицовочных плит, сырья для получения вяжущих.

Диатомиты и трепелы - близкие по структуре, составу и свойствам породы. Они высокопористы, огнеупорны, кислотостойки, плохо проводят звук и тепло. Нашли применение при изготовлении теплоизоляционного лёгкого и огнеупорного кирпича и в качестве активных минеральных доба­вок в цемент.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в глубине земной коры из изверженных и осадочных пород под действием температуры и давления. Особенно большое значение имеет направление давления. При одностороннем давлении видоизмененные породы приобре­тают слоистое, сланцевое строение (гнейсы, глинистые сланцы). Эти мате­риалы легко раскалываются по плоскостям, в связи с чем их применяют как плитный отделочный и кровельный материал (природный шифер).

При многостороннем давлении осадочные породы приобретают моно­литную структуру. Так из известняков образуется мрамор, из песчаников - кварцит. Мрамор легко распиливается на тонкие пластины, хорошо шли­фуется и полируется. Его используют для внутренней и наружной обли­цовки зданий, отходы камнеобработки - для декоративных штукатурок и бетонов. Кварцит отличается большой прочностью (до 400 МПа), хрупко­стью, сложностью обработки. Это кислотостойкий и огнеупорный матери­ал (до 1770 ^оС), который применяют для облицовки и производства кислых (динасовых) огнеупоров.