Классификация горных пород

Условия образования горных пород предопределяют их минералогический состав и общий характер строения. Именно от состава и структуры зависят их основные свойства, а следовательно применение в строительстве.

Поусловию образования горные породы разделяют на три основные группы: магматические(изверженные), осадочные(вторичные) и метаморфические(видоизмененные).

Изверженные горные породы образовались из расплавленной магмы, поднявшейся из глубины земной коры и отвердевшей при остывании. В зависимости от скорости и места охлаждения магмы они в свою очередь могут быть глубиннымиили излившимися. Глубинныепородыостывали медленно, под значительным давлением толщи земной коры. Эти условия обеспечили полную кристаллизацию составляющих минералов. Поэтому глубинные горные породы имеют крупнокристаллическую структуру, высокую плотность 2600 – 3300 кг/м³, прочность на сжатие 100 – 500 МПа,морозостойкость более F200, низкое водопоглощение 0,1 – 1,5%, большую теплопроводность. К ним относятся граниты, габбро, диорит и др.

Граниты– наиболее распространенные из всех магматических пород на Земле, имеют зернисто-кристаллическое строение, обеспечивающее им высокую прочность на истирание. Цвет гранита зависит от цвета входящего в его состав полевого шпата и бывает чаще всего серым, голубовато-серым, но может быть темно-красным и даже зеленым. Граниты хорошо обрабатываются (обтесываются, шлифуются и полируются). В строительстве используют облицовочные плиты для стен и пола, бордюрные камни, щебень для высокопрочных бетонов. Граниты применяют для облицовки гидротехнических сооружений, набережных, цоколей зданий, а также для выполнения фундаментов монументальных сооружений.

Габбро –кристаллическая крупнозернистая горная порода, стойкая против выветривания. Природный камень используют в качестве облицовочных плит покрытия дорог и получения высокопрочного щебня для бетонов. Одна из разновидностей габбровых пород – лабрадорит имеет серую, черную и др. окраску с красивыми мерцающими вкраплениями в синих и зеленых тонах, используют его для особо ценных облицовок.

Диорит– крупнокристаллическая среднезернистая горная порода, обладающая повышенной ударной вязкостью и устойчивостью к выветриванию, хорошо полируется. Эти свойства позволяют использовать диориты в качестве материалов, противодействующих различным вибрационным воздействиям, например, фундаменты мостовых сооружений. По строительным свойствам диорит не уступает граниту, его применяют при облицовочных работах и в дорожном строительстве.

Излившиеся горные породыобразовались при быстром остывании магмы. В случае отверждения у поверхности земли породы близки по своим свойствам к глубинным, но в отличие от них имеет мелкокристаллическую, скрытокристаллическую или частично стекловатую – аморфную структуру. К плотным породам относят андезиты, диабазы и базальты, отличающиеся высокой кислотостойкостью. При быстром охлаждении лавы, выброшенной под давлением газов на поверхность земли или высоко в воздух, образуются соответственно высокопористая вулканическая пемза или рыхлый вулканический пепел, который с течением времени спрессовывается и образует вулканический туф.

Андезитыобладают повышенной выветриваемостью, поэтому в зависимости от возраста могут быть плотной породой со средней плотностью 2700 – 3100 кг/м³, или относительно пористыми – средняя плотность до 2500 кг/м³. Плотные андезиты применяют как дорожный камень в виде кислотоупорных облицовочных плит, щебня для кислотоупорных бетонов и тонкомолотого наполнителя для изготовления кислотостойких мастик и специального кислотостойкого цемента. Пористые разновидности идут на изготовление стенового материала в виде блоков и мелкоштучных камней.

Диабазыимеют скрытокристаллическую структуру, обладают высокой прочностью, большой ударной вязкостью, малой истираемостью, способностью раскалываться на куски сравнительно правильной формы. Используют диабаз для изготовления дорожных материалов, щебня для бетона, облицовочных плит, а также в качестве сырья для получения кислотоупорных изделий – каменного литья.

Базальтпредставляет собой плотную тяжелую породу, имеющую скрытокристаллическое или аморфное строение. Большая твердость и хрупкость базальтов затрудняют их обработку. Эта горная порода обладает кислотоупорными и электроизоляционными свойствами, а также является ценным сырьем для получения кислотостойкого каменного литья в виде облицовочных плит и труб. Используя специальную технологию, из базальта получают каменную вату.

При быстром охлаждении лавы на поверхности воды или влажных почв за счет интенсивного выделения паров и газов образуется высокопористая порода – вулканическая пемза.Эта порода имеет небольшую среднюю плотность, малую теплопроводность и небольшую прочность при сжатии – 2 – 3 МПа. Поэтому пемзу используют как заполнитель в легких бетонах, при производстве тепло- и звукоизоляционных материалов.

Вследствие уплотнения вулканических пеплов, получившихся при выбросах на большую высоту и охлаждении лавы, образуются вулканическиетуфы,которые имеют пористое строение. Туфы применяют для кладки стен в виде пиленых камней, внутренней и наружной плитной облицовки; в дробленом виде – как заполнитель для легких, декоративных бетонов. Вулканические пеплыявляются также активными минеральными добавками при производстве цементов.

Осадочные породыимеют вторичное происхождение, так как образуются в результате физического и химического разрушения изверженных пород. Например, гранит разрушается с образованием природного щебня, кварцевого песка и глины. Общими свойствами осадочных пород являются одинаковые формы залегания в виде пластов, поэтому их еще называют пластовыми.

Основными причинами разрушения являются следующие: физическое– нагревание солнцем, резкие перепады температур, ветер и замерзание влаги в порах; химическое– воздействие различных кислот и солей, находящихся в воде и воздухе (углекислота, серный и сернистый ангидрид); органическое– влияние продуктов жизнедеятельности мхов, лишайников и других простейших растений и микроорганизмов.

Наиболее опасно периодическое замерзание и оттаивание в условиях повышенной влажности материала. Камни, содержащие более 0,5% влаги, уже чувствительны к изменению температуры. Влага, находящаяся в порах и капиллярах горной породы, замерзая, создает внутри огромные разрушающие напряжения в сотни атмосфер. Процесс этот усиливается действием ветра. В результате порода распадается на отдельные куски и зерна.

В зависимости от условий образования осадочные породы делят на три основные группы: обломочные,химические осадки и органогенные.

Обломочные породы(механические отложения) образовались в результате физического разрушения изверженных пород. Их в свою очередь подразделяют на рыхлые(гравий, щебень, песок, глина), оставшиеся на месте разрушения или перенесенные водой, льдом или ветром, и сцементированные(песчаники, брекчии, конгломераты). Цементирующим веществом в этих породах может служить раствор карбоната кальция, кремнезема, оксидов железа или глины. В песчаниках цементируемой породой послужил песок, в брекчиях – щебень, конгломератах – гравий, имеющий округлую форму. Сцементированные породы, так как они обладают высокой плотностью, прочностью и морозостойкостью, используют для кладки фундаментов, стен неотапливаемых помещений, облицовки зданий, ступеней и тротуаров.

Химические осадки образовались в результате выпадения из пере-сыщенных водных растворов вследствие изменения температуры различных кристаллических веществ. Основными представителями этой группы материалов, нашедшими широкое применение в строительстве, являются карбонатные (известняк, магнезит, доломит) и сульфатные породы (гипс, ангидрит). Все эти природные каменные материалы служат сырьем при изготовлении минеральных вяжущих веществ: извести, портландцемента, каустического магнезита, гипса, которые используют для получения строительных растворов и бетонов.

Органогенные отложенияобразовались в результате скопления отмирающих водорослей, раковин, моллюсков и их спрессовывания толщей воды.

Для строительных целей наибольшее применение нашли мел, известняк-ракушечник, диатомиты и трепелы.

Мел – мягкая порода, сложенная мельчайшими частицами скелетов водорослей и одноклеточных животных. Его используют в цементной, стекольной промышленности, при производстве извести, в качестве наполнителя пластмасс, красочных составов и резиновых изделий.

Известняк-ракушечник представляет собой сцементированные обломки раковин. Это относительно пористая порода с водопоглощением
до 30%, прочностью от 10 до 60 МПа. Используют этот материал в качестве бутового камня, щебня, стеновых блоков, облицовочных плит, сырья для получения вяжущих.

Диатомиты и трепелы – близкие по структуре, составу и свойствам породы. Они высокопористы, огнеупорны, кислотостойки, плохо проводят звук и тепло. Нашли применение при изготовлении теплоизоляционного лёгкого и огнеупорного кирпича и в качестве активных минеральных добавок в цемент.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в глубине земной коры из изверженных и осадочных пород под действием температуры и давления. Особенно большое значение имеет направление давления. При одностороннем давлении видоизмененные породы приобретают слоистое, сланцевое строение (гнейсы, глинистые сланцы). Эти материалы легко раскалываются по плоскостям, в связи с чем их применяют как плитный отделочный и кровельный материал (природный шифер).

При многостороннем давлении осадочные породы приобретают монолитную структуру. Так из известняков образуется мрамор, из песчаников – кварцит. Мраморлегко распиливается на тонкие пластины, хорошо шлифуется и полируется. Его используют для внутренней и наружной облицовки зданий, отходы камнеобработки – для декоративных штукатурок и бетонов. Кварцитотличается большой прочностью (до 400 МПа), хрупкостью, сложностью обработки. Это кислотостойкий и огнеупорный материал (до 1770^оС), который применяют для облицовки и производства кислых (динасовых) огнеупоров.