Естественные строительные материалы (осадочные, магматические и метаморфические породы)

К естественным строительным материалам относятся разнообразные осадочные, магматические и метаморфические породы, которые в натуральном виде либо после механической обработки используются в строительстве. Выделяют так называемый «рваный» камень (угловатые куски без обработки) и, «штучный» камень (подвергшийся распиловке, шлифовке и др.).

У штучного камня тонкой обработке подвергается только одна поверхность, остальные обрабатываются грубо либо вообще не обрабатываются. Необработанный, или «рваный», камень, подразделяемый по крупности обломков на дресву (дробленый песок или крошку), щебень и более крупные куски—бут, используется аналогично обломочным породам — песку и гравию.

В настоящее время в народном хозяйстве существуют три отрасли промышленности, связанные с этим сырьем. Предприятия по производству природных облицовочных материалов относятся к промышленности по добыче и обработке облицовочных материалов из природного камня, по производству природных стеновых материалов — к промышленности стеновых материалов и предприятия, производящие строительные материалы массового потребления (щебень, песок, гравий, бутовый камень, песчано-гравийные смеси),— к промышленности нерудных строительных материалов.

Соответственно этому среди естественных строительных материалов целесообразно выделять обломочные породы, строительные и облицовочные камни.

Обломочные породы

Классификации обломочных пород по размерам зерен, принятые геологами различных стран и в строительной практике, существенно различаются. Так, согласно наиболее распространенной у нас классификации, к пескам относят породы с размерами зерен 0,1,—1 мм, гравию—1—10, гальке—10—100, глыбам—100— 10000 мм; дальнейшее подразделение каждой из них на мелкую, среднюю к крупную разновидности. В других отечественных классификациях к пескам относят фракцию от 0,05 до 2 мм, а к гравию — от 2 до 10 мм. В американской классификации песок определяется как сыпучая горная порода с диаметром обломков 0,063—2 мм, гравий — 2—4, галька — 4—64 мм.

Обломочные породы представлены минеральными зернами или обломками горных пород, а также более тонкой фракцией заполняющего материала: пелитовой и алевритовой—в песках, пелитовой, алевритовой, песчаной — в гравии и т. д.

Наиболее распространенные минералы: кварц, полевые шпаты, слюды и гидрослюды, карбонаты, глауконит, хлорит и многочисленные глинистые минералы; иногда в составе пород отмечается заметное количество магнетита, ильменита, титаномагнетита, а также примеси рутила, ильменита, циркона, граната и других промышленно ценных минералов.

В природе часто встречаются смеси грубо- и мелкообломочных пород, называемые по преобладанию соответствующей фракции песчаными, гравийнопесчаными и валунно-гравийно-песчаными образованиями. При их разработке производится разделение горной массы на песчаную (пески-отсевы), гравийную и валунную составляющие, причем гравий сортируется на стандартные фракции 5—10, 10—20; 20—40 и 40—70 мм, валуны измельчаются на щебень таких же фракций и дробленый песок или используются как строительный (бутовый или стеновой) камень.

В общем объеме добычи стройматериалов более ¾ приходится на пески, гравий и песчано-гравийные смеси Добыча ведется открытым способом с помощью экскаваторов и средств гидромеханизации. Получают развитие морская добыча и скважинная гидродобыча.

Большая часть переработанных обломочных пород (классифицированные по крупности пески, гравий и щебень, а также песчано-гравийная смесь) с объемной массой более 1,8 г/см3 используется главным образом как заполнители бетонов и как балласт в дорожном строительстве.

Бетон является искусственным монолитным материалом, полученным в результате затвердевания смеси вяжущего вещества — цемента с водой, песком (мелким заполнителем), щебнем или гравием (крупным заполнителем), взятыми в определенных соотношениях. В строительстве наиболее широко применяется обычный тяжелый бетон с плотностью 2100—2500 кг/м3. Крупный заполнитель (щебень, гравий), образуя жесткий каркас бетона, увеличивает его прочность, уменьшает ползучесть и усадку, повышает его долговечность и сокращает расход цемента. Мелкий заполнитель определяет вязкость и другие реологические свойства бетонной смеси, изменяет ее водопотребность.

Особенность использования обломочных материалов при сооружении автомобильных дорог состоит в разнообразии требований к их качеству, обусловленные категорийностью дорог (5 категорий) и связанной с ней конструкцией дорожной одежды

При строительстве железных дорог обломочные материалы используются для создания балластного слоя; применяется песчано-гравийная смесь, либо смесь гравия с щебнем, полученным при дроблении гравия, валунов и скальных пород.

Помимо строительства пески находят применение и в других областях: при производстве силикатного кирпича, как формовочный материал в металлургии, как абразивный материал, как фильтровальный материал при очистке воды, в стекольном, керамическом, цементном производстве и в других областях. Каждая из них предъявляет свои, специфические требования к качеству сырья.

Генетически залежи песков, гравийно-песчаных и валунно-гравийно-песчаных смесей, используемых в строительстве, достаточно разнообразны. Это всевозможные аллювиальные, ледниковые, морские, озерные, реже элювиальные, делювиальные, пролювиальные и эоловые (пески), обычно четвертичные образования.

Аллювиальные месторождения, образование которых связано с горными реками, характеризуются преобладанием обломков крупных размеров. Гранулометрический и петрографический состав пород в месторождениях равнинных рек более однородный. Месторождениям этого типа свойственны пластообразная вытянутая форма залежей, наличие в составе последних линз глинистых песков и суглинков (Румянцевское месторождение и другие в Московской области).

Среди ледниковых месторождений выделяют водно-ледниковые (флювиогляциальные) и собственно ледниковые. Первые представлены длинными в сотни метров — километры невысокими (20—30 м) группами холмов (камы), сложенными непостоянным по гранулометрическому составу обломочным материалом, образующим линзы в толще песка, супеси и суглинка (Коломенское, Сычевское месторождения и другие в Московской области) и зандровые поля — песчаные с примесью гравия шлейфы за конечными моренами (месторождения Полесья и др.). Собственно ледниковые месторождения представлены холмообразными формами или грядами высотой до 100 м в районах конечных морен, сложенных несортированным песчано-гравийно-валунным материалом (Вяземское, Оршанское, Дровнинское месторождения и др.

Для морских и озерных песчано-гравийных месторождений свойственны большая протяженность залежей при незначительных ширине и мощности (до 10—15 м), резкая граница с подстилающими отложениями, хорошая окатанность и сортировка обломков, незначительная доля глинистых фракций. Древние месторождения развиты на древних террасах морей и озер (Каспийского, Черного, Балтийского, оз. Севан и др.). Современные месторождения находятся в прибрежной зоне морей; в их составе фиксируется органический материал (месторождения Черного, Азовского и Каспийского морей; подводные месторождения США, Японии, Великобритании и других стран).