Глава 3. Природные каменные материалы

3.1. Общие сведения о природных каменных материалах, классификация горных пород

Природными каменными материалами называют строительные материалы, получаемые без обработки или путем механической обработки горных пород. В результате дробления, распиливания шлифования, полирования и другой механической обработки природные каменные материалы полностью сохраняют физико-механические свойства горной породы, из которой они получены.

Горной породой называют минеральную массу постоянного состава. В зависимости от однородности минерального состава горные породы могут быть простыми или мономинеральными, состоящими из одного какого-либо минерала (кварцевый песок, магнезит и др.), и сложными или полиминеральными, состоящими из ряда различных минералов (гранит, габбро, лабрадорит, базальт, порфиры и др.).

Минералы— природные химические соединения, образовавшиеся в результате физико-химических процессов, происходящих в земной коре.

Толщина земной коры находится в пределах от 3 до 80 км. Земная кора состоит из слоев различной плотности. Верхний слой земной коры на материках состоит из осадочных горных пород. Под ними на различной глубине залегает гранитный слой, включающий в себя гранит, гнейсы, базальты. Этот слой, составляющий 30...40 м, выступает на поверхность земли в склонах гор. Ниже гранитного слоя залегает плотный слой, состоящий из измененных, так называемых метаморфических пород.

В Беларуси есть залежи глины, кварцевого песка, доломиты, известняки, мел, мергели, гранит и др. Запасы этих нерудных полезных ископаемых невелики и требуют рационального и экономного использования.

Наряду с древесиной природные каменные материалы являются древнейшими строительными материалами. Природный камень использовался древними строителями для возведения культовых сооружений (гробницы, храмы, пирамиды Древнего Египта). Тяжелые массивные формы из природных каменных материалов обеспечивали сооружению монументальность и величие. Высокая механическая прочность и долговечность позволяли использовать его в качестве стенового материала в строительстве различных сооружений, а красивая окраска и богатая фактура обусловили его применение для архитектурного оформления уникальных сооружений, дворцов. Древние мастера украшали старорусские города Москву, Киев, Владимир и др. белокаменными соборами. В течение многих столетий природный камень был основным материалом для кладки стен (особенно в безлесных районах). Затем его начали активно применять как долговечный и декоративный облицовочный материал для наружной и внутренней облицовки стен, а также для настилки полов, мощения дорог, в качестве крупного заполнителя в бетонных смесях и т.д.

Однако с появлением более дешевых и легких искусственных каменных материалов природный камень стал постепенно сдавать свои традиционные позиции. Роль природного камня в современном строительстве претерпела значительные изменения. Из универсального материала, сочетающего конструкционные и декоративные свойства, камень стал преимущественно материалом отделочным. Горные породы используют в промышленности строительных материалов как сырье для изготовления керамики, стекла, теплоизоляционных и др. изделий, для производства минеральных вяжущих веществ — цементов, извести и гипса. Песок, щебень и гравий применяют в качестве заполнителей бетонов и растворов.

В основу классификации горных пород положено их происхождение (генетическая классификация). В соответствии с этим горные породы подразделяют на три большие группы: изверженные, осадочные и метаморфические или видоизмененные (рис. 3.1). Изверженные и видоизмененные горные породы составляют примерно 90%, а осадочные 10% объема земной коры, однако последние занимают около 3/4 площади всей поверхности суши.

Изверженные (магматические) горные породы образовались (и теперь образуются) из расплавленной магмы — огненно-жидкой массы, излившейся из глубины земли в результате вулканической деятельности и затвердевшей. Различные условия охлаждения магмы привели к образованию изверженных пород с особым строением и свойствами. Горные породы имеют мелкозернистое, аморфное или скрытокристаллическое строение и порфировое (рис. 3.2).

Осадочные (пластовые) породы представляют продукт выветривания изверженных горных пород при воздействии воды, ветра, движения ледников, температурных изменений. По способу образования и составу осадочные горные породы подразделяют на обломочные (механические отложения) — грубые продукты механического разрушения изверженных пород; рыхлые (гравий, пески, глина); цементированные (песчаник, конгломерат, брекчия). К осадочным породам также относят химические осадки (гипс, известняковые туфы), образовавшиеся из продуктов разрушения пород, перенесенных водой в растворенном виде, и органогенные породы (известняки, мел), образовавшиеся из остатков некоторых водорослей, живых организмов (скелеты, раковины, панцири ракообразных и др.).

Рис. 3.1. Генетическая классификация горных пород

Метаморфические горные породы образовались в результате глубоких изменений изверженных и осадочных пород под воздействием высоких температур или больших давлений. Под влиянием таких физико-химических условий менялся химический и минералогический состав пород, происходила перекристаллизация минералов без их плавления, видоизменялась их структура.

Метаморфические горные породы имеют сланцеватое строение и более плотны, чем исходные осадочные. В строительстве из метаморфических пород применяют гнейсы, глинистые сланцы, кварцит и мрамор.

Рис. 3.2. Микроструктура горных пород:

а — мелкозернистая; б— аморфная; в — порфировая.