Сировина для виготовлення будівельних матеріалів

До природних кам’яних матеріалів належать матеріали мінерального походження, які виготовляються шляхом механічної обробки гірських порід. Природні матеріали – пісок, піщано-гравійні суміші, бутовий камінь, щебінь та інші застосовують для зведення інженерних споруд (фундаментів, дамб, доріг), а також як заповнювачі бетону.

Основні види гірських порід

Гірські породи – це мінеральні агрегати певного хімічного складу, які утворюють земну кору. За походженням вони поділяються на три групи: магматичні, або вивержені, які утворились внаслідок отверднення у надрах земної кори (глибинні) або на її поверхні (виливні) силікатних розплавів (магми); осадові. які виникли внаслідок перенесення і відкладення продуктів руйнування гірських порід і органічних залишків; метаморфічні – продукти перекристалізації та структурної зміни вивержених і осадових порід під впливом високої температури та тиску.

Склад і структура гірських порід. Всі гірські породи складаються із мінералів, тобто хімічних сполук, які утворились внаслідок різних фізико-хімічних процесів, що відбуваються у природі. На даний час відомо біля двох тисяч мінералів, однак кількість основних породоутворюючих мінералів порівняно невелика – це кварц, польові шпати, кальцит, доломіт, слюди, амфіболи, піроксени та інш. Мінералогічний склад гірських порід вивчають мікроскопічним методом. Розрізняють мінерали і за деякими їх характерними особливостями – твердістю, блиском, спайністю, зламом, кольором, формою кристалів. Так, кварц характеризується прозорістю, скляним блиском; нерівним зламом; польовий шпат – гладкими рівними поверхнями з блиском; слюди – досконалою спайністю в одному напрямку і здатністю розшаровуватись на лускуваті листочки; піроксени – чорним офарбленням і здатністю до кристалізації у вигляді зерен або коротких стовбчастих кристалів. Кальцит і доломіт в карбонатних породах легко визначити за явищем “кипіння” під дією соляної кислоти.

Важливими факторами, які визначають властивості гірських порід, є їх структура і текстура. С т р у к т у р а характеризує ступінь кристалізації, розміри і форму кристалів, текстура – відносне просторове розташування компонентів у породі. Розрізняють чотири основних типи структур: кристалічно-зернисту, приховано-кристалічну, склувату та уламково-цементовану.

В залежності від розмірів зернин структура може бути дрібно- (2...3 мм) та крупнокристалічною (понад 5 мм). За ступенем кристалізації структура поділяється також на повнокристалічну і порфірову, для якої є характерним утворення окремих крупних зерен серед однорідної маси. Повнокристалічну структуру із крупними і середніми розмірами кристалів мають звичайно глибинні вивержені та метаморфічні породи. Порфірова дрібнокристалічна структура притаманна виливним, також деяким карбонатним породам. Зерна мінералів такої структури можна розрізнити тільки під мікроскопом. Для гірських порід з уламковою цементуючою структурою характерна наявність цементуючої маси, яка консолідує уламки порід. Таку структуру мають піщаники, деякі карбонатні та інші осадові і метаморфічні породи.

На відміну від структури т е к с т у р а відображує просторове розташування зерен та кількість речовини в одиниці об’єму. Так, виверженим породам притаманна масивна текстура із рівномірним розподіленням зернин мінералів. Для низки метаморфічних порід є характерною сланцева або шарувата текстура.

Хіміко-мінералогічний склад та структурно-текстурні особливості гірських порід визначають їх фізико-механічні властивості. Породи із однорідною кристалічно-зернистою структурою мають високу міцність при стисканні, низьке водопоглинання, є стійкими проти вивітрювання. Дрібнозернисті породи є більш міцними у порівнянні із крупнозернистими. При переважній наявності у породі скла її міцність буде більш низькою, вона буде більш схильною до температурних змін.

Магматичні (вивержені) породи переважно розповсюджені у земній корі. До їх складу належать в основному мінерали-силікати, усереднений склад яких наступний (%): польові шпати – 60, кварц – 12, амфіболи й піроксени – 17, слюди – 4, інші – 6. За вмістом кремнезему вони поділяються на групи: ультраосновні – менш 40% SіО₂ (дуніти, олівініти, піроксени), основні – 40...52% SіО₂ (габро, базальти, діабази), середні – 52...65% SіО₂ (діорити, порфірити, сієніти), кислі – 65..75% SіО₂ (граніти, ліпарити, порфіри), ультракислі (аляскити).

Найбільш розповсюджені глибинні кислі вивержені породи – граніти (структура граніту наведена на рис.1). На другому місці - виливні основні породи – базальти. У табл. 1 наведені основні фізико-механічні властивості розповсюджених гірських порід.

Таблиця 1 Основні фізико-механічні властивості

деяких гірських порід

Порода	Густина, кг/м3	Границя міцності при стисканні, МПа	Водопоглинання, %	Стиранність, г/см2
Граніт	2500...2700	100...250	0,1...1	0,1...0,5
Базальт	2200...3000	200...300	0,01...0,2	0,4...1
Вапняки щільні	1800...2700	3,5...200	0,5...30	2...5
Вапняки пористі (черепашники)	900...2000	0,4...20	6...40	—
Піщаники	1900...2800	10...200	0,2...2,5	0,1...2
Гнейси	2400...2800	50...240	0,1...1	—
Кварцити	2500...2700	120...400	0,01...0,2	0,1...3

Осадові породи. На відміну від вивержених, осадові породи розповсюджені переважно на поверхні земної кори, де вони складають 70...75% площі. За способом утворення їх поділяють на 3 групи: уламкові – піски, глини, гравій, валуни; хімічні – сульфати, карбонати та інші; органогенні – крейда, трепел, діатоміт та інші. Від способу утворення та складу вихідних порід залежить і хіміко-мінералогічний склад осадових порід. Крім мінералів вихідних гірських порід вони можуть містити і продукти їх розкладання, наприк лад глинисті мінерали, також осади із розчинів (мінеральні солі).

У л а м к о в і п о р о д и утворились внаслідок вивітрювання вивержених гірських порід. Вони поділяються на рихлі та цементовані. У будівництві застосовують грубоуламкові (понад 1...2 мм), середньоуламкові (0,1...2 мм), тонкоуламкові (не більш 0,01 мм). До грубоуламкових належать валунно-гравійні породи, з яких добре окатаними, що містять незначну кількість слабких порід, та морозостійкими є гравій, галька, валуни, що накопичуються у річкових долинах. Найбільш розповсюдженими середньоуламковими породами є піски та їх зцементовані різновиди – піщаники. Природні піски складаються переважно із зерен кварцу. Піщаники можуть містити кремнеземисту, карбонатну, гіпсову, глинисту та ін. цементуючі речовини. Найбільш міцними є кварцові піщаники із кремнистим цементом, найменш міцними – із глинистим. Із тонкоуламкових порід розповсюджені глини.

Хімічні органогенні породи утворились в основному шляхом осадження із водних розчинів. У будівництві та промисловості будівельних матеріалів широко застосовують карбонатні породи: вапняки, мергелі (породи, які містять глину і карбонат кальцію), кремнеземисті породи (діатоміт, трепел, опока). Осадові породи більш неоднорідні за властивостями у порівнянні із виверженими (табл. 2).

Метаморфічні породи. Із порід цього типу як будівельний камінь та сировину застосовують гнейси, кварцити, мармур та ін. Найбільш розповсюджені гнейси, які за мінеральним складом нагадують граніт і мають характерну сланцеподібну текстуру.

Кварцити утворились внаслідок метаморфізації кварцових піщаників. Це є найбільш міцні породи (табл. 2.1). Мармур утворився внаслідок перекристалізації вапняків і доломітів і використовується в основному як лицювальний матеріал.