§ 2. Природные каменные материалы Значение и классификация природных каменных материалов

Природными (естественными) каменными называются материалы и изделия, получаемые механической обра­боткой горных пород. Природные каменные материалы, называемые обычно нерудными, широко используются в строительстве. Их доля в затратах на строительство превышает 20 %. Они используются как непосредственно (для возведения фундаментов, стен, облицовки зданий и сооружений, настила полов и др.), так и для получения других материалов (стекла, бетонов, растворов, керами­ки и др.).

Природные каменные материалы добываются посред­ством проведения горных работ. Породы небольшой и средней твердости выпиливают из массива при помощи камнерезных машин, а твердые породы добывают буро-клиновым (выколкой) или буро-взрывным способами. Разрабатываемые месторождения называются карье­рами, а образующиеся при этом пустоты — выработ­ками.

После добычи часть каменных материалов приобре­тает товарный вид непосредственно в карьерах (песок, щебень, бутовый камень). Значительная их часть пере­возится на камнеобрабатывающие заводы, где они по­средством распиловки, шлифования и полирования при­обретают заданные размеры, форму (фасонные детали) и фактуру лицевой поверхности.

В зависимости от степени обработки каменные мате­риалы и изделия подразделяются на грубообработанные (щебень, гравий, бутовый камень), пиленые штучные из­делия (плиты, блоки) и архитектурные детали различной формы.

214

По назначению различают каменные материалы и изделия для кладки, наружной и внутренней облицовки, устройства кровли, дорожных покрытий и полов, произ­водство, бетона и других безобжиговых материалов, жа-ро- и химически стойких материалов и изделий, возведе­ния гидротехнических сооружений.

По признаку потребления природные каменные ма­териалы могут быть классифицированы на строительные и облицовочные материалы из массивных горных пород (облицовочные, декоративные, кислотоупорные, огнеупор­ные, дорожные и стеновые, штучные камни, щебень, гра­вий, а также песчаные, песчано-гравийные и песчано-галечные материалы из рыхлых осадочных пород для бетонов, растворов и дорожных работ).

По объемной массе строительные матералы и изде­лия из природного камня подразделяются на тяжелые (более 1800 кг/м³) и легкие, по пределу прочности на сжатие—на марки М4, ..., М1000 (от 4 до 1000 МПа), по морозостойкости— на марки МрзЮ, ..., МрзБОО, а по сте­пени водостойкости (коэффициенту размягчения) — на материалы со значением этого показателя от 0,6 до 1.

Классификация и основные свойства важнейших горных пород

В основе классификации горных пород лежит разра­ботанный М. В. Ломоносовым принцип деления, учитыва­ющий условия их образования. В соответствии с этим горные породы подразделяются на изверженные, или магматические (первичные), осадочные (вторичные) и метаморфические (видоизмененные).

Изверженные породы образовались в результате ох­лаждения и затвердевания магмы. Так, массивные глубин­ные породы образовались при затвердевании магмы, ко­торое происходило в глубинах земной коры при высоком давлении. Им характерны ярко выраженное кристалли­ческое строение, высокая плотность, прочность на сжатие, морозо- и атмосферостойкость, хорошая шлифуемость и полируемость. К массивным глубинным породам отно­сятся гранит (серого, красного или красно-коричневого цвета), сиенит (несколько темнее гранита), диориты (се­рого или темно-зеленого цвета), габбро (серого, от темно-зеленого до черного цвета), лабрадорит (черного цвета), Они применяются в качестве облицовочного материала,

215

мозаичных плит для пола, бортового камня, щебня и др.

Массивные излившиеся породы являются продуктами быстрого охлаждения магмы в верхних слоях земной коры или на ее поверхности. По свойствам и химико-минералогическому составу они аналогичны массивным глубинным породам, но кристаллическая структура у них менее выражена. К этой группе природных каменных материалов относятся кварцевый и бескварцевый порфир, трахит, диабаз, базальт, порфирит и андезит. Массивные излившиеся породы используются в виде штучных кам­ней, щебня, плит, брусчатки, в качестве сырья для камен­ного литья (диабаз и базальт) и др.

Изверженные обломочные породы образовались в ре­зультате быстрого охлаждения магмы. Пузырьки газов, оставшиеся в толще охлажденной магмы, придают этим породам стеклообразное пористое строение.

Обломочные рыхлые породы (пемза, вул­канические пески и пеплы) используются в качестве ак­тивных добавок при изготовлении минеральных вяжущих веществ, а также как теплоизоляционный и абразивный материал (пемза).

Обломочные цементированные поро- ;

ды образовались в результате охлаждения смеси лавы, ^;

пеплов и песков. Они имеют стекловидное строение и применяются в качестве крупных стеновых блоков (ту-фы), песка или щебня для легких бетонов и растворов, активных добавок к минеральным вяжущим веществам, облицовочного материала и др. .

Осадочные породы образовались в результате разру- | шения изверженных пород под воздействием воды, ветра, i температуры, давления, углекислого газа и других ат­мосферных факторов—механические отложения, осаж- ' дения солей в высыхающих водоемах — химические осад­ки или скопления органических осадков — органогенные отложения.

Осадочные породы применяются в качестве облицо­вочного материала внутренних частей здания н сырья для производства минеральных вяжущих веществ (гипс, ангидрит, мел и др.), огнеупорных изделий (магнезит, доломит), облицовочных плит, щебня, штучных камней (доломит, ракушечник, песчаники, брекчия), теплоизо­ляционных материалов (диатомит, трепел) и др.

Метаморфические породы образовались в результате

216

преобразования осадочных и изверженных пород под действием высоких температур и больших давлений. Они отличаются слоистым строением, обладают высокой плотностью, прочностью и атмосферостойкостью. Из них изготавливают облицовочные плиты и архитектурные детали (мрамор), плиты для облицовки каналов, набе­режных, кладки фундаментов, устройства тротуаров (гнейсы), плитку для кровли (глинистые сланцы) и др.

Свойства природных каменных материалов определя­ются их минералогическим составом.

Минерал — это природное тело, образовавшееся в результате физико-химических процессов на поверхности или в глубинах земли и обладающее однородным хими­ческим составом, строением и свойствами.

По распространению в природе все минералы подраз­деляются на порода- и рудообразующие, второстепенные и редкие (драгоценные камни, самородные металлы и др.).

Наиболее важными породе- и рудообразующими ми­нералами являются кварц, полевые шпаты, слюды, ас­бест, кальцит, магнезит, доломит, гипс, ангидрит, корунд и др.

Кварц (SiOz) — наиболее распространенный в зем­ной коре минерал мелочно-белого или серого цвета. Он обладает высокой твердостью, прочностью (Ксж — До 2000 МПа), атмосферной и химической стойкостью (кро­ме плавиковой кислоты). Его плотность 2650 кг/м³, тем­пература плавления 1723 °С. В природе встречается в виде кварцевого песка, горного хрусталя или входит в состав горных пород.

Полевые щпаты — это алюмосиликаты натрия, калия и кальция плотностью до 2900 кг/м³, температура плавления 1100—1500 °С. Их прочность и химическая стойкость значительно ниже кварца. Под действием вла­ги и углекислого газа полевые шпаты легко разрушаются (выветриваются).

Слюды — алюмосиликаты сложного состава и сло­истой структуры. Их разновидностями являются биотит (непрозрачный темноокрашенный минерал) и мусковит (прозрачный минерал). Плотность слюд 2700—2300 кг/м³. Отличительная особенность слюд — расщепляемость на тонкие, упругие пластинки, высокие диэлектрические свойства, термостойкость, тепло- и звукоизоляцион-ность.

8 w 217

Асбест — водный силикат магния и железа, отли­чающийся волокнистой структурой, диэлектрическими свойствами, огнестойкостью (температура плавления около 1500 °С), кислого- и щелочестойкостью. Наиболь­шее значение имеет хризотил-асбест.

Кальцит (известковый шпат СаСОз) — минерал плотностью 2700—2800 кг/м³. Он легко растворяется в воде и кислотах. Является основным породообразующим минералом известняка, туфа, мела и мрамора.

Магнезит (MgCOs) по своим свойствам близок к кальциту. В природе встречается значительно реже, бо­лее тверд и менее растворим, чем кальцит.

Доломит (MgCOg-CaCOs) по свойствам занимает промежуточное положение между кальцитом и магнези­том.

Гипс (CaS04-2H20) —это мягкий минерал обычно белого цвета плотностью 2300 кг/м³. Легко растворяется в воде.

Ангидрит (CaS04) — минерал плотностью 2800— 3000 кг/м³, представляющий собой безводную разновид­ность гипса.

Корунд — один из наиболее твердых минералов. Мелкозернистый корунд с примесями других минералов называют наждаком. Прозрачными разновидностями ко­рунда являются рубин, сапфир и другие драгоценные камни,