щини плиток при збереженні якості матеріалу, знизити масу конструкцій, зменшити трудомісткість облицювальних робіт, а також зберегти природні ресурси, які не можуть бути поновлені.

1. Особливості утворення та класифікація гірських порід

Природними кам’яними матеріалами називають матеріали і вироби, які одержують механічною обробкою (подрібненням, розколюванням, роз- пилюванням) гірських порід, не змінюючи їх структури та властивостей.

Гірські породи — це природні мінеральні утворення, що виникають внаслідок протікання геологічних процесів у земній корі. Складаються із одного або декількох мінералів і мають відносно сталий мінералогічний склад, певну будову і властивості.

Мінерали — це природні утворення, що відрізняються постійним хіміч- ним складом, структурою та властивостями.

За умовами утворення гірські породи поділяють на три основні групи: вивержені (магматичні, або первинні), осадові (вторинні), видозмінені (ме- тиморфійні) (додаток 3).

Вивержені (магматичні) породи утворились внаслідок охолодження магми. При повільному і рівномірному охолодженні в глибині земної кори і під значним тиском відбувається процес кристалізації магми з утворенням масивних щільних глибинних порід, що мають зернисто- кристалічну структуру і відрізняються високими показниками густи- ни. міцності, морозостійкості, теплопровідності та низьким водопог- пинанням.

При швидкому охолодженні магми, яка вилилась на земну поверхню у

вигляді вулканічної лави, утворились масивні вилиті породи, що мають дрібнокристалічну, приховано кристалічну або аморфну структуру.

Вивержені уламкові (вулканічні породи) утворились при охолодженні твердих сипких вивержених продуктів (вулканічний попіл та піски, пемза). Під час цементування вулканічних попелу і піску утворюються вулканічні туфи.

Осадові породи сформувались при перетворенні продуктів руйнування первинних порід, морських і континентальних осадів у вигляді окремих пластів та шарів.

За способом утворення їх поділяють на:

- механічні відклади (уламкові породи), які є пухкими продуктами рознаду порід, що існували раніше, частина таких порід із часом цементу- валась з утворенням пісковиків, конгломератів, брекчій;

65

• хімічні осади утворились із водних розчинів мінеральних речовин із подальшим їх ущільненням і зв’язуванням цементуючими речовинами;

• органогенні утворення — результат осаджування, ущільнення та зв’я- зування цементуючими речовинами залишків водоростей, організмів і продуктів їх життєдіяльності.

Більшість осадових гірських порід характеризуються пористою будо- вою з невисокими міцністю, морозостійкістю та хімічною стійкістю йорів- няпо з виверженими породами.

Видозмінені (метаморфічні) породи утворились у товщі земної кори в результаті метаморфізму (перетворення) вивержених та осадових порід, під впливом одночасної дії тиску і температури, а також внаслідок хіміч- них процесів. Від вихідних порід метаморфічні відрізняються достатньо щільною структурою, яка може бути або масивною зернистою (мармур, кварцит), або сланцюватою (гнейси, сланці).

Надра України багаті на різноманітні гірські породи, наприклад, такі, як граніти, габро, лабрадорити, порфірити, кварцити. Деякі області Укра- їни багаті на глини та суглинки, вапняки, вапняки-черепашники, вулка- нічні туфи, а також цеоліти.

Властивості гірських порід обумовлені хіміко-мінералогічним скла- дом, структурою та умовами їх формування, причому домінантність про- яву того чи іншого фактора залежить від ступеня їх полімінеральності.

У хімічному складі вивержених гірських порід переважає кремнезем вміст якого може змінюватись від 40% і вище, потім — глинозем, оксид магнію, заліза та ін. Зі зменшенням у складі вивержених порід вмісту кремнезему збільшується щільність порід, зменшується температура їх плавлення, змінюється забарвлення — від світлого до темного, полегшу- ється обробка каменю.

Мінералогічний склад породи обумовлений видом та кількістю мінера- лів, які її складають. Фазовий склад речовини, з якої складаються гірські породи, може бути аморфним, кристалічним або змішаним, тобто місти- ти в різному співвідношенні аморфну та кристалічну фази.

Структура гірської породи може бути представлена як набір показнів: ків, що характеризують внутрішнє розташування структурних елементі розмір та форму зерен мінералів, спосіб їх зростання, ступінь кристаліза- ції гірської породи.

Гірські породи характеризуються такими основними типами структур:

• кристалічною (зернисто-кристалічною) з кристалами (або зернам) певної форми і визначеного розміру (мікрокристалічна, дрібно- середньо- та крупнокристалічна); дрібно-, середньо- або крупнокристалічну струк-

66

турумають граніти, сієніти, а також кварцити, мармури; мікрокристаліч- на (прихованокристалічна) структура характерна для базальтів;

• порфіровою, яка характеризується наявністю крупних кристалів у дрібнозернистій або склоподібній речовині (порфіри);

• кластерною, що складається з окремих агрегатів; прикладами по-

рід із такою структурою можуть бути уламкові породи — конгломерат, брекчія.

Гірські породи з вмістом аморфної скловидної фази 59...95% назива- ються склуватими (наприклад, базальти, перліти), а якщо вміст склоподіб- ної фази складає більше 95%, то породи називають вулканічним склом (наприклад, обсидіани).

До атастивостей, які визначають галузі застосування природного ка- меню, належать міцність, середня густина, пористість, водопоглинання,

морозостійкість, корозійна стійкість, атмосферостійкість, водостійкість, теплопровідність, стираність.

Екологічні властивості гірських порід пов’язані з їх радіоактивністю та токсичністю. Більшість гірських порід, що використовуються ЯК будівель- ні матеріали, є нетоксичними. Радіоактивність гірських порід обумов- лена наявністю в їх складі таких рідкоземельних елементів та їх ізотопів, як церій та лантан. Відомо, що розпад радіонуклідів призводить до утво- рення радону, який шкідливо впливає на організм людини. Підвищеною радіоактивністю характеризуються кислі магматичні породи (вміст крем- незему більше 75%), наприклад, граніти. Породи, які містять меншу кіль- кість кремнезему і зв’язаних з ним радіоактивних домішок, а також поро- ди середньої твердості (вапняк, мармур, пісковики) є майже нерадіоак- тивними.

У 1990 р. Євросоюз підготував спеціальні рекомендації, які обмежують

вміст радону у приміщеннях (на 1 м³ внутрішнього об’єму): для об’єктів нового будівництва — не більше 200 Бк/м³, для робочих місць — не біль- ше 500 Бк/м³. Емісію радону можна знизити вентиляцією приміщень або пакриттям поверхні каменю епоксидною мастикою, яка здатна зменши ти цей показник на 97%.

Естетичні властивості природного каменю мають особливе значення :при оздобленні інтер’єрів та екстер’єрів будівель і споруд. Ці властивості оцінюють кольоровою гамою, текстурою, що обумовлена розміром вклю- чень мінералів (зернистість), пористістю, взаємним розташуванням фаз і мінералів, блиском (тьмяний — жирний, перламутровий, шовковий, мато- вий та яскравий — скляний) та фактурою, що зазвичай надається поверх- ні пробу під час обробки каменю.

67

2. Характеристика породотвірних мінералів

У природі знайдено більше 2-х тисяч мінералів, із яких поширеними є 450. За розповсюдженістю у земній корі мінерали поділяють на породо- твірні, які складають гірські породи; другорядні, вміст яких у гірських породах не перебільшує 1% та рідкісні — дорогоцінне каміння, самород- ні метали. Кожен мінерал має комплекс характерних властивостей, шо дозволяють його ідентифікувати: хімічний склад, структуру, твердість, міцність, хімічну стійкість, оптичні властивості (колір, блиск, прозо- рість тощо).

Мінерали вивержених порід. Кварц (SiO_z) — кристалічна форма діокси- ду силіцію (кремнезему) — є одним із найпоширеніших мінералів земної кори. Міцний, твердий і стійкий мінерал: міцність при стиску — до 2000 МПа, твердість за шкалою Мооса — 7, істинна густина — 2,65 г/см³, має хімічну стійкість до дії кислот. Кварц залежно від домішок може бути без- барвним (гірський кришталь), сірим, димчастим (раух-топаз), рожевим, чорним (моріон), бузковим (аметист). При нагріванні до 575°С кварц пе- реходить із а- в ß-модифікацію зі збільшенням об’єму приблизно на 1,5%. При температурі 870°С він починає переходити в тридиміт, також зпачно збільшуючись в об’ємі. Температура плавлення кварцу становить 1710°С Кварц входить до складу гранітів, пісковиків, кварцитів, діоритів.

Польові шпати — алюмосилікати калію, натрію, кальцію або їх суміші Ці мінераіи становлять близько 60% земної кори. Розрізняють ортоклаз — калієвий польовий шпат та плагіоклази — натрієві і кальцієві польові шпати, до яких належать альбіт Na₂0 • А1₂0,- 6SiO, та анортит СаО • А1₂0₃- 2SiO₂ Іс- тинна густина польових шпатів становить 2,55...2,7 г/см³, твердість — 6, міцність при стиску — 120... 170 МПа, температура плавлення — 1170... 1550°С. Колір білий, сірий, жовтий, від рожевого до темно-червоного. Хімічна стійкість значно нижча, ніж у кварцу: під дією води та газів відбувається вивітрювання, польові шпати руйнуються з утворенням глинистих міне- ралів. Входять до складу граніту, сієніту, гнейсу, лабрадориту, габро.

Слюди — це група водних алюмосилікатів шаруватої структури з до- сконалою спайністю в одній площині, тобто здатністю легко розщеплю- ватись на тонкі пластинки. При вивітрюванні слюди здатні до розшарову- вання, знижують міцність гірських порід та прискорюють їх руйнування. Мають скляний блиск, твердість 2,5...3. Найпоширенішими є мусковіт, біотит, вермикуліт.

Мусковіт — це прозора каїієва слюда, досить стійка, тугоплавка, з іс- тинною густиною 2,7...3,1 г/см³. Зустрічається в граніті, сієніті, гнейсі.