9.2 Природні кам’яні матеріали.

Природними кам’яними матеріалами називають матеріали і вироби отримані тільки механічною обробкою гірських порід. Породи невисокої та середньої твердості видобувають за допомогою каменерізальних машин. Тверді породи видобувають буро-клиновим або буро-підривним способом.

Природні кам’яні матеріали і вироби з них класифікують за ознаками:

Ступінь обробки:

• грубооброблені (щебінь, гравій, бутовий камінь, бруківка);

• пиляні штучні вироби (плити, блоки);

• архітектурні деталі (вироби різної форми);

За призначенням:

• кам’яні матеріли та вироби для кладки, зонішнього або внутрішнього облицювання;

• виконання покрівлі, підлог та інших необпалювальних матеріалів;

• жаро- та хімічно стійкі матеріали і вироби;

• зведення гідротехнічних споруд;

За ознакою споживання поділяють на:

• будівельні матеріали;

• облицювальні матеріали;

За об’ємною вагою:

• важкі (більше за 1800 кг/м³);

• легкі;

За міцністю при стискуванні поділяють на марки М4…М1000 (до 1000МПа).

За морозостійкістю поділяють на марки F10…М_Р3500.

При класифікації гірських порід враховують умови їх утворення (Рис. 9.1)

Сипкі

Глина

Пісок

Гравій

Природний щебінь

Булижник

Валуни

Рисунок 9.1 Класифікація гірських порід

Вивержені (магматичні, первинні) породи утворились при охолодженні та твердінні магми у земній корі або на її поверхні. Глибинні гірські породи утворились при повільному охолодженні магми у земній корі під значним тиском. За таких умов утворення вони мають рівномірну кристалічну структуру (граніт, сієніт, діореї, лабрадор). Їх використовують як облицювальний матеріал. Масивні вилиті породи утворились при швидкому охолодженні магми на поверхні землі. За таких умов повна кристалізація не завершується (порфір, бальзат, діабаз). З них виготовляють штучні камені, плити та використовують для кам’яного лиття. Вулканічні виверження породи утворились з дрібних часток лави, викинутої на поверхню землі. Пухирці газів надають таким породам склоподібну пористу будову. Ці породи можуть бути у простому стані (вулканічні піски, пемза) або зцементованими (туф). З таких матеріалів виготовляють мінеральні в’яжучі мінерали, наповнювачі легких бетонів, облицювальні вироби, крупні стінові блоки.

Осадочні (вторинні) породи утворюються при руйнуванні (вивітрюванні) певних порід під впливом зовнішніх умов. За характером утворення та складу такі породи поділяють на хемогенні та органогенні. Механічні відкладення – грубі продукти механічного руйнування порід під впливом різких змін температур, впливу води і вітру. Вони являють собою суміші з окремих зерен зруйнованої первинної гірської породи, які, інколи, зцементовані різними природними речовинами (гравій, брекчія). Їх використовують для виготовлення деталей внутрішнього облицювання, як сировину для виробництва мінеральних в’яжучих (гіпс, крейда), для виготовлення вогнетривких виробів (магнезіт, доломіт). Глинисті породи – дисперсні продукти глибокого хімічного перетворення силікатних та алюмосилікатних мінералів у нові види мінералів. Хемогенні - гірські породи утворені при осадженні мінеральних речовин з водних розчинів і наступним їх ущільненням і цементуванням (доломіт, магнезіт). Органогенні – породи утворені залишками живих організмів і рослин, які мають у своєму складі мінеральні речовини, після ущільнення та цементування (вапняки, крейда).

Метаморфічні (видозмінені) породи утворюються з вторинних (осаджених) або магматичних (первинних) порід під впливом високої температури, високого тиску та інших факторів. За таких умов відбувається перекристалізація мінералів без плавлення, що сприяє підвищенню щільності утворюваної породи. Вони відзначаються наявністю прошарків і високою міцністю (гнейси, мармур, кварцит). З них виготовляють облицювальні плити, плити для облицювання гідротехнічних споруд і тротуарів.

Будівельні властивості гірських порід визначаються хімічним складом породоутворюючих мінералів та їх основними фізико-механічними властивостями. Основні мінерали:

Кварц (SiO₂) – кварцевий пісок, гірський кришталь. Відзначається високою міцністю, твердістю та хімічною стійкістю.

Польвий шпат – алюмосилікати натрія, кальція та калія. За міцністю та хімічною стійкістю значно поступаються кварцу. Зустрічаються різновиди: ортоклаз (K₂O*Al₂O₃* 6SiO₂), плагіоклаз (Na₂O*Al₂O₃*6SiO₂) та анорит (CaO* Al₂O₃*2SiO₂). У чистому вигляді використовують при виробництві керамічних матеріалів.

Слюди – водні альмосилікати складного хімічного складу та шарової структури. Найчастіше зустрічаються різновиди біотит і мусковіт, які відрізняються кольором. Слюди легко розділяють на тонкі гнучкі пластинки і відзначаються високими діелектричними властивостями, термостійкістю, тепло- і звукоізоляційними властивостями. Великий вміст слюд знижує міцність гірських порід.

Кальцит (CaCO₃) – основний породоутворюючий мінерал вапняків, крейди та мармуру. Присутність кальциту робить гірські породи цінною сировиною для виробництва мінеральних в’яжучих матеріалів.

Азбест – водний силікат кальцію заліза. Відзначається волокнистою структуру, хорошими діелектричними властивостями, вогнестійкістю, кислото- та лугостійкістю.

Магнезит (MgCO₃) – менш поширений ніж кальцит і відзначається більшою твердістю.

Доломіт (CaSO₄*MgCO₃) – за властивостями займає проміжне місце між кальцитом і магнезитом.

Гіпс (CaSO₄*2H₂O) – м’який матеріал переважно білого кольору. Розчиняється у воді. При нагріванні втрачає зв’язану воду і переходить у напівводний або безводний гіпс (ангідрид CaSO₄).

Каолініт – найбільш поширений мінерал осаджених гірських порід звичайно білого кольору. Входить до складу глин і вапняків. Цінна сировина для виробництва порцелянових і фаянових виробів.

Корунд – один з найтвердіших мінералів. Дрібнозернистий корунд з домішками називають наждаком. Прозорі різновиди корунду – рубін і сапфір.