6.2. Природные каменные материалы

Природные каменные материалы, являясь продуктом механической переработки горных пород, отличаются от последних формой и размерами, а также состоянием поверхности раскола отдельностей. Поэтому, их свойства зависят от состава исходной горной породы и ее состояния (трещиностойкости, степени выветривания и др.). Природные каменные материалы получают из скальных и обломочных горных пород, в соответствии с ГОСТ 8267-93.

Скальные горные породы с жесткими структурными связями обладают достаточно высокой прочностью и залегают в земной коре в виде массивов или трещиноватых слоев.

Обломочные горные породы - рыхлые (сыпучие), состоят из обломков скальных горных пород без прочных связей между ними и залегают в виде скоплений.

В зависимости от назначения и условий, в которых будет работать материал, применяют дробленые материалы (щебень, высевки), а также колотые (бутовый камень, шашку для мощения и др.).

К природным обломочным горным породам относят валунный камень, гравий и песок, которые уже в естественном виде могут быть использованы в строительстве.

6.2.1. Горные породы, их происхождение и классификация

Наибольшее применение в дорожном строительстве получили горные породы магматического, осадочного и метаморфического происхождения.

Магматические (изверженные) горные породы по химическому составу характеризуются содержанием, главным образом, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, калия и натрия. Основными породообразующими минералами изверженных горных пород являются: кварц, полевые шпаты, слюды и др. Характерной особенностью химического состава изверженных пород является содержание в них кремнезема в свободном или связанном состоянии. По содержанию кремнезема эти породы делят на кислые, средние и основные. В кислых породах (группа гранитов) содержание кремнезема доходит до 65...75 %, в средних (группа сиенита и диорита) - от 52 до 65, в основных (группа габбро) - от 40 до 52 %. Характеристика магматических (изверженных) пород приведена в табл. 6.2.1.

Таблица 6.2.1

Характеристика магматических (изверженных) горных пород

Горные породы	Основные физико-механические свойства	Структурно-текстурные признаки	Физико-механические и технологические свойства
			предел прочности при расколе, МПа, более	степень хрупкости, более	энергоемкость (удельная работа при статической нагрузке), более	водопоглощение, %	марка породы
1. Граниты, сиениты, диориты, порфиты, диабазы, габбро	Породы (свежие) прочностью при сжатии более 120 МПа; морозостойкость более F200	Породы полнокристаллической структуры (мелко-, средне- и крупно-) плотные, поверхность раската шероховатая	6	1	0.8	0,5	I
2. Лимариты, дезиты, шрахиты, базальты	Породы (свежие) прочностью при сжатии более 120 МПа; морозостойкость более F50... 200	Породы мелко- и скрытокристаллической структуры, плотные, реже пористые, поверхность раскола гладкая или слабошероховатая	6	4	0.2	0,1...0,5	I
3. Граниты, сиениты, диориты, порфиты, диабазы, андезиты, габбро, лимариты, трахиты	Породы пониженной прочности (частично затронутые выветриванием), прочностью при сжатии от 80 до 120 МПа. морозостойкость F50... 100	Породы полно-, мелко- и скрыто кристаллической структуры от плотной до сильнопористой текстуры, поверхность раскола от гладкой до шероховатой	5 4	2 5	0,5 0,4	0,5...1,0 0,5...2,0	II III

Осадочные горные породы залегают в верхних слоях земной коры. В общей толще земной коры осадочные породы составляют примерно 5 %. Скальные горные породы осадочного происхождения (известняки, доломиты, гипс, ангидрит, песчаники, конгломераты, брекчии), в отличие от магматических, в той или иной мере растворимы в воде и снижают свою прочность при водонасыщении, за исключением сцементированных пород с кремнистым цементом.

Осадочные породы органогенного происхождения образовались в результате уплотнения и цементации отмерших организмов, отличаются значительной пористостью и многие из них растворяются в воде.

В дорожном строительстве используют карбонатные (известняки, мел, известняки-ракушечники) и кремнистые (диатомиты, трепелы, опоки) органогенные осадочные породы.

Осадочные породы химического происхождения образовались в результате выпадения из растворов химических осадков. Наиболее распространенными являются доломиты, магнезиты, известняковые туфы, гипс, ангидрит. Для осадочных пород химического происхождения характерна растворимость в воде и наличие пустот и трещин. Характеристика осадочных пород приведена в табл. 6.2.2.

Таблица 6.2.2

Характеристика осадочных горных пород

Горные породы	Основные физико-механические свойства	Структурно-текстурные признаки	Физико-механические и технологические свойства
			предел прочности при расколе, МПа, более	степень хрупкости, более	энергоемкость (удельная работа при статической нагрузке), более	водопоглощение, %	марка породы
1. Песчаники	Породы (свежие и затронутые выветриванием) прочностью при сжатии 60 MПa; морозостойкость F25...150	Породы от плотнокристаллических до слабоцементированных зернистых, площадь раскола от гладкой до слабошероховатой	6 5 4 3	2 2,5 4 6	0,6 0,5 0,1 0	0,5...5,0	I II III IV
2. Известняки и доломиты	Породы (свежие и затронутые выветриванием) прочностью при сжатии 60...150 МПа; морозостойкость F25...150	Породы от плотнокристаллических до слабоцементированных зернистых, площадь раскола гладкая и шероховатая	6 5 4 3	2,5 4 6 8	0,5 0,4 0,0 0.0	0,5...5,0	I II III IV

Метаморфические горные породы образовались в результате изменения магматических (изверженных) и осадочных горных пород под влиянием высокой температуры, давления, химически активных веществ. В результате метаморфизма первичные породы в большей или меньшей степени могут изменять текстуру, минералогический, а иногда и химический составы. Метаморфизация изверженных пород, как правило, ухудшает их физико-механические свойства. Метаморфизация осадочных пород, наоборот, улучшает механические свойства. К наиболее часто встречающимся в недрах земной коры метаморфическим породам относят гнейсы, кварциты, мрамор.

Гнейсы - горные породы грубо- или тонкосланцеватой и ленточной текстур, получившиеся в результате видоизменения гранитов, гранодиоритов и др. В гнейсах минералы как бы сжаты и располагаются параллельно некоторой плоскости, что обуславливает неодинаковые их свойства в разных направлениях. Обычно гнейсы в направлении, перпендикулярном к сланцеватости, обладают значительной прочностью при сжатии (150...200 МПа), но наличие хорошо выраженной сланцеватости в ряде случаев несколько ограничивает область применения в дорожном строительстве. При дроблении гнейсов на щебень образуется заметное количество плоских и вытянутых щебенок, что снижает качество щебня.

Кварциты - равномерно кристаллическая, плотная горная порода, состоящая из мелких зерен кварца, сцементированных кремнистым веществом. При этом цементирующее вещество отличимо (без микроскопа) от зерен кварца. Кварциты характеризуются большой плотностью, прочностью, хрупкостью и твердостью, при разломе они образуют гладкую поверхность с острыми режущими ребрами. Кварциты используют для строительных работ в виде бутового камня, щебня, реже - шашки для мощения.

Мрамор - плотный кристаллический известняк, состоящий, в основном, из тесно сросшихся кристаллов кальция (кальцитовый мрамор). Часто в мраморах наблюдаются примеси магнезита. Иногда эта примесь настолько значительна, что порода носит название доломитового мрамора. Цвет чистого мрамора - белый, но в зависимости от примесей он может быть красным, серым, черным и др. Вследствие высоких механических свойств (прочность при сжатии от 50 до 100 МПа) и красивого рисунка, мрамор применяют для различных отделочных и декоративных работ. Разновидности мрамора, непригодные для изготовления штучных изделий, а также отходы при обработке дробят для получения мраморной крошки и порошка, которые применяют как заполнители в мозаичных и асфальтобетонных работах в качестве минерального порошка.