Главные виды горных пород

Введение

Строительное дело является одним из древнейших. Еще в каменном веке человек для защиты от непогоды использовал как естественные укрытия (пещеры, гроты), так и искусственные (ямы, шалаши, землянки). По мере развития общественного производства и роста потребностей в первобытном обществе начали использовать определенную планировку жилищ (рядами или вокруг центральной площади).

Со сменой строя общества произошел прогресс в применяемых строительных материалах и технологиях строительства. Наряду с ветками и землей начали применять древесину и камень. Появились каменные замки, деревянные и глинобитные дома.

В разных странах в различные исторические периоды создавались определенные архитектурные стили, которые отражали культуру, достижения науки и техники того времени. На смену природному камню пришел кирпич, начали широко применять для строительства металл. Наиболее важным этапом стало изобретение и применение различных цементов, бетона и, наконец, железобетона.

Совершенствовались и методы строительства, появилась производительная строительная техника, начали широко применять сборные конструкции, возникло такое понятие, как «индустриальное строительство». В 50–80-е годы ХХ века в нашей стране преобладало типовое строительство, позволяющее применять индустриальные методы строительства для возведения массового жилья.

В последние годы объемы строительства значительно увеличились, наряду со старыми появились новые материалы, методы строительства, заимствованные, как правило, с запада.

Классификация природных каменных материалов

Главные виды горных пород

Горные породы — это вещество, слагающее земную кору. Состоят горные породы из минералов, однородных или неоднородных, которые твердо или рыхло соединяются.

Нередко они состоят из сцементированных обломков различных пород, иногда с присутствием вулканического стекла. Горные породы сформировались в результате внутриземных или поверхностных геологических процессов.

Генетическая классификация горных пород учитывает условия их образования, которые предопределяют строение и, следовательно, свойства пород. В соответствии с этой классификацией выделены следующие типы пород:

- магматические - первичные, образующиеся при остывании магмы;

- осадочные - вторичные, образовавшиеся в результате выветривания магматических пород;

- метаморфические - осадочные и магматические породы, изменившие свое строение и свойства в результате длительных физико-химических процессов, протекающих под воздействием высоких давлений, температур и минерализованных вод, во время нахождения их в земной коре.

Магма представляет собой высокотемпературный силикатный расплав, который в зависимости от режима охлаждения может образовать: - плотные кристаллические породы, если остывание магмы происходило медленно и под большим давлением в глубине земной коры {глубинные магматические породы); - аморфные (стеклообразные) или слабозакристаллизованные, а при наличии газа в магме - пористые породы (излившиеся магматические породы). Минеральный состав пород зависит от химического состава магмы. Различают магмы кислые (содержание Si02 > 65 %), средние (содержание Si02 = 50…65 %) и основные (содержание Si02 < 50 %). В горных породах, образовавшихся из кислой магмы, обязательно присутствует кварц. Если порода образовалась из основной магмы, в ней преобладают темноокрашенные железистомагнезиальные алюмосиликаты. Практически во всех изверженных кристаллических породах основная доля объема приходится на полевые шпаты. Ниже рассмотрены главнейшие представители изверженных пород. Глубинные породы характеризуются кристаллической структурой, отсутствием пор, высокой прочностью, твердостью и морозостойкостью. В полированном виде глубинные породы очень декоративны. К ним относятся: граниты, сиениты, габбро и диориты.

Гранит - зернисто-кристаллическая порода, сложенная из трех минералов: кварца (20…40 %), полевых шпатов (40…70 %) и слюды (5…20 %); иногда слюду заменяет роговая обманка.

Строительные свойства гранитов (в среднем) следующие: плотность - 2600…2700 кг/м; предел прочности при сжатии - 100… 250 МПа, а при растяжении, как и у других каменных материалов, в 20…30 раз ниже; вследствие малой пористости и низкого водопогло-щения (< 1 %) граниты очень морозостойки (F > 1000); химическая стойкость их также высока; граниты - твердые породы (твердость более 6).

Цвет гранитов определяется цветом полевого шпата и бывает чаще всего серым, розовым и темно-красным. Граниты хорошо полируются, приобретая декоративный вид. Граниты широко применяют для облицовки зданий и инженерных сооружений (набережные, мосты и т. п.), устройства полов общественных зданий и монументальной скульптуры.

Сиениты - аналоги гранита, но без кварца (образовались из средних магм); свойства и области применения такие же, как у гранита.

Диориты - темно-серая мелкокристаллическая порода, состоящая в основном из полевых шпатов (около 75 %) и темноокрашенных минералов. Плотность - 2800…3000 кг/м3. Отличается повышенной ударной вязкостью. Применяют для облицовки и в дорожном строительстве (брусчатка и т. п.).

Габбро - крупнокристаллическая порода, образовавшаяся из основной магмы; состоит из полевых шпатов (около 50 %) и темноокрашенных минералов (авгита, роговой обманки и т. п.). Плотность - 2900…3300 кг/м3; предел прочности при сжатии - 200…350 МПа. Как и гранит, габбро характеризуется высокой морозостойкостью и стойкостью против выветривания. Цвет - темно-серый, темно-зеленый до черного. Габбро хорошо полируется и имеет красивую текстуру. Одна из разновидностей габбро - лабрадорит - очень декоративна благодаря содержащемуся в ней ирризирующему полевому шпату.

Излившиеся плотные породы имеют слабозакристаллизованную или стеклообразную структуру. Для ряда излившихся пород характерна порфировая структура (рис. 4.2, б), когда в общей аморфной массе вкарплены кристаллы какого-либо минерала. Так, излившийся аналог гранита - кварцевый порфир - имеет вкрапления кристаллов кварца, аналог диорита - порфирит - имеет вкрапления полевых шпатов. Некоторые виды порфиров очень декоративны.

Базальт - аналог габбро - самая распространенная излившаяся порода; в зависимости от условий образования имеет стекловатую или скрытнокристаллическую структуру. Цвет базальта - темно-серый до черного. По физико-механическим показателям базальт аналогичен габбро, а по прочности даже превосходит его (Лсж достигает 500 МПа). Базальты очень твердые, но хрупкие породы, что затрудняет их обработку.

Плотные излившиеся породы менее декоративны и менее стойки к выветриванию, чем их глубинные аналоги. Применяют их главным образом как щебень для бетона, отсыпки железнодорожных путей и т. п. Базальт также используют в качестве сырья для каменного литья и получения высококачественной минеральной ваты. Излившиеся пористые породы образовались непосредственно при извержении вулканов. Первичными продуктами извержения являются вулканические пеплы, пески и пемза; с течением времени они могли цементироваться, образуя туфы.

Вулканические пепел и песок - порошкообразные частицы, имеющие стеклообразное строение, благодаря чему при добавлении извести или цемента, а иногда и самостоятельно они способны к твердению. Используются как активная добавка к вяжущим (впервые были использованы в Древнем Риме - пепел Везувия - для придания извести водостойкости).

Пемза - очень пористая легкая порода в виде кусков размером 5… 100 мм. Плотность пемзы в куске - 500… 1000 кг/м. Большая пористость (до 80 %) обусловливает низкую теплопроводность (0,14…0,23 Вт/(м * К)). Прочность при сжатии пемзы не велика - 2…4 МПа, но этого достаточно для получения на базе пемзы легких бетонов. Кроме того, пемза используется в молотом виде как добавка к цементам и в качестве абразивного порошка.

Вулканические туфы - порода, образовавшаяся из вулканических пеплов, которые омонолитились в результате спекания массы, сохранившей высокую температуру, или в результате природной цементации. Вулканические туфы - пористая порода (П = 30…60 %), имеющая низкую плотность, равную 800…1800 кг/м3. Поры у туфа в большинстве своем замкнутые, что обусловливает его высокую морозостойкость. Прочность при сжатии зависит от пористости и составляет 2…20 МПа. Теплопроводность у туфа в 1,5…2 раза ниже, чем у кирпича. Цвет туфов разнообразный, но не яркий, а глухой; основные оттенки: красно-оранжевые и до коричневато-лиловых. Крупнейшие месторождения туфов, возникшие в результате деятельности ныне потухшего вулкана Арарат, имеются в Армении.

Туфы используют как облицовочный материал, а в местах крупных месторождений - как эффективный материал для кладки стен. Благодаря низкой твердости туфа стеновые камни из него вырезают механизированным способом прямо в карьере (рис. 4.3). В тонкомолотом виде туф используют как добавку к цементам. Туфовая лава - разновидность вулканических туфов, образовавшаяся при попадании пепла и пемзы в огненно-жидкую лаву. По структуре, свойствам и областям применения туфовая лава аналогична вулканическому туфу, но благодаря большей доле замкнутых пор более долговечна.