Природные каменные материалы

А. КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Горной породой называется минеральная масса, состоящая из одного (мономинеральная порода) или нескольких (полиминеральная порода) минералов.

Минералом называют природное химически и структурно индивидуализированное тело, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам — продукт физико-химических процессов, совершающихся в земной коре. Минералы представляют собой составные части горных пород, руд и других минеральных тел, составляющих земную кору.

В зависимости от условий образования все горные породы делятся на три вида: первичные или изверженные, вторичные или осадочные и видоизмененные или метаморфические.

Первичные породы образовались из магмы — огненно-жидкой массы, излившейся из глубины земли и затвердевшей.

Вторичные (пластовые) породы образовались в результате разрушения изверженных и других пород под влиянием температурных колебаний, действия воды и ветра. Перемещаемые водными потоками на значительные расстояния, продукты разрушения осаждались в местах менее интенсивного течения воды и в водоемах (морях и озерах) в виде пластов. Воздействия ветра и движение ледников также влияли на перемещение разрушенных пород. Растворимые в воде минералы и продукты их разрушений впоследствии осаждались из водного раствора. В состав осадочных пород входят также минеральные вещества и продукты жизнедеятельности   организмов, населявших   водные   бассейны.

Видоизмененные породы образовались в результате глубоких изменений изверженных и осадочных пород под воздействием высоких температур или больших давлений. Под влиянием протекающих в таких условиях физико-химических процессов изменялся химический и минералогический состав пород, происходила перекристаллизация минералов и видоизменялась их структура, в результате чего образовались новые породы, существенно отличающиеся от первоначальных.

Эта геологическая классификация горных пород составлена на основе работ академиков Ф. Ю. Левинсона-Лессинга, А. П. Карпинского и других ученых.

Б. ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ

Среди большого разнообразия природных минералов только небольшая их часть участвует в образовании горных пород. К числу этих минералов, называемых породообразующими, относятся кварц, полевые шпаты, слюды, карбонаты, сульфаты и железистомагнезиальные минералы. От минералогического состава горных пород в значительной степени зависят их строительные свойства. Одни минералы отличаются высокой прочностью, твердостью и химической прочностью, например кварц, другие имеют незначительную прочность, недостаточную химическую стойкость, способны значительно поглощать воду (гипс); отдельные минералы обладают способностью легко расщепляться по плоскостям (например, слюда), понижая этим прочность породы, в состав которой они входят. Эти свойства, а также химический состав минералов предопределяют назначение образованных ими пород в строительстве. Большая часть минералов находится в твердом состоянии и обладает преимущественно кристаллической формой.

Прежде чем перейти к изучению горных пород, необходимо ознакомиться с важнейшими породообразующими минералами.

 1. ГРУППА КВАРЦА

В наибольшем количестве в земной коре (литосфере) содержится свободный кремниевый ангидрид или кремнезем SiO2. В состав большинства минералов он входит в виде силикатов — химических соединений с основными окислами. Свободный природный кристаллический кремнезем встречается в виде кварца — одного из наиболее распространенных в земной коре минералов. Его кристаллы имеют форму шестигранных призм с шестигранными же пирамидами на концах (основаниях). Кварц обычко непрозрачен, чаще он белого, молочного цвета. Спайность у кварца отсутствует, излом его раковистый, он имеет жирный блеск; с щелочами при обычной температуре не соединяется и под действием кислот «кроме плавиковой) не разрушается. Удельный вес кварца 2,65 г/см3, твердость 7 по шкале твердости Мооса. Кварц имеет высокую прочность при сжатии (около 20 000 кГ/см2) и хорошо сопротивляется действию истираний.

При нагревании до температуры 575° С кварц из переходит в высокотемпературную модификацию, скачкообразно увеличиваясь в объёме примерно на 1,5%. При температуре 870° С он начинает переходить в тридимит, значительно увеличиваясь в объеме (минерал тридимит кристаллизуется в виде тонких; шестигранных пластинок). Эти изменения объема кварца при высоких температурах необходимо учитывать в производстве огнеупорных динасовых изделий. При температуре 1710° С кварц переходит в жидкое состояние. При быстром остывании расплавленной массы (расплава) образуется кварцевое стекло — аморфный кремнезем с удельным весом 2,3 г/см3.

В природе встречается минерал опал аморфной структуры, представляющий собой гидрат кремнезема (mSiO2•nH2O). Аморфный кремнезем активен, может соединяться с известью при нормальной температуре, тогда как кристаллический кремнезем (кварц) приобретает эту способность только под действием пара большого давления (в автоклаве) или при сплавлении.

 2. ГРУППА АЛЮМОСИЛИКАТОВ

Второе место после кремнезема занимает в земной коре глинозем Аl2О3- cвободный глинозем в природе встречается в виде минералов корунда и других глиноземистых минералов.

Корунд — один из наиболее твердых минералов. Его используют для производства высокоогнеупорных материалов, он является ценным абразивом.

Другой глиноземистый материал—диаспор — представляет моногидрат глинозема А12О3 • Н2О и содержит 85% А12О3. Диаспор входит в состав бокситов — тонкодисперсных горных пород часто красного или фиолетового цвета, богатых глиноземом (от 40 до 80%) и используемых как сырье для производства глиноземистого цемента.

Глинозем обычно находится в виде химических соединений с кремнеземом и другими окислами, называемых алюмосиликатами. Наиболее распространенными в земной коре алюмосиликатами являются полевые шпаты, которые составляют по весу более половины всей массы литосферы. К этой же группе минералов относятся слюды и каолиниты.

Полевые шпаты. Характерная особенность всех полевых шпатов — хорошо выраженная спайность по двум направлениям. В зависимости от угла, под которым пересекаются направления спайности (прямой или близкий к нему), различают ортоклаз или калиевый полевой шпат К2О • А12О3 • 6SiO2 и плагиоклазы. Последние подразделяются на альбит или натриевый полевой шпат Na2O  Аl2О3 • 6SiO2 и анортит или кальциевый полевой шпат СаО • А12О3 • 2SiO2.  

Полевые шпаты имеют цвет белый, розовый (до темно-красного), серый, желтоватый и др., удельный вес их 2,55—2,76  г/см3, твердость по шкале твердости 6, прочность во много раз меньше прочности кварца (на сжатие от 1200 до 1700 кГ/см2)., Стойкость полевых шпатов против механического и химического выветривания незначительна; плавятся они при температуре от 1170 до 1550° С.

Слюды представляют собой водные алюмосиликаты сложного и разнообразного состава. Характерной особенностью их является легкая расщепляемость на тонкие, гибкие и упругие листочки и пластинки. Твердость слюд находится в пределах 2—3 по шкале твердости. Наиболее часто встречаются следующие виды слюд: калиевая (мусковит) — светлая, прозрачная (в тонких листочках), тугоплавкая, химически стойкая; железистомагнезиальная (биотит)—непостоянного состава, очень темного цвета (черного, бурого), легче разрушающаяся, чем мусковит; вермикулит — гидрослюда золотисто-бурого цвета, образующаяся в результате окисления и гидратации биотита; при прокаливании вермикулит теряет воду и увличивается в объеме в 18—25 раз; обожженный вермикулит (зонолит) применяется как теплоизоляционный материал.

Каолинит или водный алюмосиликат А12О3 • 2SiO2 • 2Н2О представляет собой продукт выветривания изверженных и метаморфических горных пород. Каолинит обычно встречается в виде белых или окрашенных рыхлых землистых или плотных масс, является основной частью глин. Удельный вес каолинита 2,6 г/см3, твердость 1.

 3. ГРУППА ЖЕЛЕЗИСТО-МАГНЕЗИАЛЬНЫХ СИЛИКАТОВ

Минералы, входящие в эту группу, имеют темную окраску, поэтому их часто называют темноокрашенными минералами. Удельный вес их больше, чем других силикатов, твердость находится в пределах 5,5— 7,5; они обладают значительной вязкостью. При большом содержании их в горных породах они придают последним темный цвет и большую вязкость, т. е. повышенную сопротивляемость удару. Наиболее распространенными породообразующими минералами железисто-магнезиальной группы являются пироксены, амфиболы и оливин.

Пироксены, из семейства которых наиболее часто встречаются авгиты  (глиноземистые пироксены), имеют удельный вес 3,2—3,6.

К амфиболам относится роговая обманка — типичный минерал изверженных пород — с удельным весом 3,1—3,5.

Оливин —минерал зеленого цвета, отличающийся малой стойкостью: под воздействием различных реагентов (Н2О, О2, СО2 и др.) он изменяется и в результате присоединения воды увеличивается в объеме, переходя в змеевик или серпентин. Одна из разновидностей серпентина имеет волокнистое строение и называется хрнзотиласбестом, или горным льном. Хризотиласбест состоит из тонких и прочных волокон; его широко используют в асбестоцементной промышленности и в производстве теплоизоляционных материалов. Крупные месторождения хризотиласбеста находятся на Урале.      .

 4.         ГРУППА КАРБОНАТОВ

В осадочных горных породах наиболее часто встречаются породообразующие карбонатные минералы (карбонаты), важнейшие из них — кальцит, магнезит и доломит.

Кальцит, или кристаллический известковый шпат СаСО3 один из самых распространенных минералов земной коры. Он легко раскалывается по плоскостям спайности по трем направлениям, имеет удельный вес 2,7 и твердость 3. Кальцит слабо растворим в чистой воде (0,03 г в 1 Л), но растворимость его резко возрастает при содержании в воде агрессивной двуокиси углерода СО2, так как образуется кислый углекислый кальций Са(НСО3)2, растворимость которого почти в 100 раз больше, чем кальцита.

Магнезит MgCО3 встречается большей частью в виде землистых или плотных агрегатов, обладающих скрыто-кристаллическим строением. Он тяжелее и тверже кальцита.

Доломит CaMg(CO3)2 по физическим свойствам близок к кальциту, но более тверд и прочен и еще меньше растворим в воде.

 5.         ГРУППА СУЛЬФАТОВ

Сульфатные минералы (сульфаты), так же как и карбонаты, часто встречаются в осадочных горных породах; важнейшие из них — гипс и ангидрит.

Гипс CaSO4•2H2O типичный минерал осадочных пород. Строение его кристаллическое, иногда мелкозернистое, кристаллы пластинчатые, столбчатые, игольчатые и волокнистые. Встречается гипс преимущественно в виде сплошных зернистых, волокнистых и плотных пород вместе с глинами, сланцами, каменной солью и ангидритом. Гипс имеет белый цвет, иногда бывает прозрачен или окрашен примесями в различные цвета. Удельный вес его 2,3, твердость 2. В воде гипс растворяется сравнительно легко при температуре 32—41° С, растворимость его в-75 раз больше, чем кальцита  (0,22 г в 1 л).

Ангидрит CaSO4 имеет удельный  вес 2,8—3, твердость 3—3,5; по внешнему виду похож на гипс. Залегает пластами и прожилками вместе с гипсом и каменной солью. Под действием воды ангидрит постепенно переходит в гипс, при этом объем его увеличивается.

В. КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ ИЗВЕРЖЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗВЕРЖЕННЫХ ПОРОД

Первичные или изверженные горные породы в зависимости от того, где остывала магма, делятся на глубинные и излившиеся.

Глубинные породы (интрузивные) образовались в результате остывания магмы на большой глубине от поверхности земли в условиях высокой температуры и высокого   давления.   Остывание   происходило медленно, и при этом получались более или менее крупные зерна различных минералов, прочно сросшиеся между собой без всякого цементирующего вещества и различимые невооруженным глазом. Такая структура называется гранитной. При испытании образцов глубинных пород на сжатие, разрушение происходит по самим зернам, а не по поверхности их соприкосновения.

Излившиеся породы (эффузивные) образовались в результате остывания магмы, излившейся в виде лавы, на поверхность земли (новейшие породы) или близко к поверхности в виде жил (древние породы) при давлениях и температурах, мало отличавшихся от существующих на поверхности земли. В таких условиях остывание происходило быстро, вследствие чего не успевали образоваться крупные зерна; поэтому новейшие излившиеся породы имеют скрытокристаллическую или аморфную, стекловидную структуру. В массу мелких зерен включены крупные «вкрапленники», образовавшиеся в магме при более или менее длительном нахождении ее в глубинных слоях земной коры. Каждой глубинной горной породе соответствует излившаяся, называемая аналогом, получившаяся из той же магмы, вследствие чего химический и минералогический состав их одинаков.

Глубинные породы залегают в виде отдельных гнезд, излившиеся породы имеют пластообразную форму покровов большой мощности или куполов, конусов, жил и пр.

Главной составной частью изверженных пород является кремнезем SiO2, в зависимости от содержания которого (в свободном и химически связанном состоянии) эти породы разделяются на кислые (>65%SiO2), средние (65—55%   SiO2) и основные (<55% SiO2).

Академик Ф. Ю. Левинсон-Лессинг разработал генетическую классификацию изверженных пород и составил обзорную таблицу, в которой изверженные породы разделены по глубине заложения—на глубинные и излившиеся, по содержанию — на кислые, средние и основные. 

 2.  ГЛАВНЕЙШИЕ ГЛУБИННЫЕ ПОРОДЫ

К числу главнейших глубинных пород, применяемых в строительстве, относятся гранит, сиенит, лабрадорит, габбро и диорит.

Гранит — одна из самых распространенных в земной коре горных пород. Это сложная кислая порода, состоящая из кварца (20—40%), калиевого полевого шпата ортоклаза (40—70%) и слюды мусковита или чаще биотита (5—20%). Иногда в состав гранита входят авгит или роговая обманка, заменяющие слюду, тогда к названию гранита добавляют слова роговообманковый или авгитовый в зависимости от названия минерала. Вследствие большого содержания ортоклаза цвет гранита чаще всего серый, голубовато-серый, темно-красный. Структура гранита ясно выраженная зернисто-кристаллическая. Объемный вес гранита 2600-— 2700 кг/м3, предел прочности при сжатии колеблется от 1000 до 2500 кГ/см2 и выше.. Лучшими строительными свойствами обладают граниты, содержащие больше кварца и меньше слюды. По размерам зерен граниты делятся на мелко-, средне- и крупнозернистые. Мелкозернистые граниты лучше сопротивляются механическим воздействиям, равномернее изнашиваются при истирании, устойчивее против выветривания и меньше растрескиваются при нагревании, чем средне- и крупнозернистые. Благодаря невысокой пористости и малому водопоглощению (обычно 0,9%) граниты морозостойки и выдерживают до 200 и более циклов замораживания и оттаивания.

Граниты хорошо обрабатываются — обтесываются, шлифуются и полируются. Их используют преимущественно для внешней облицовки зданий и сооружений, особенно общественных и гидротехнических. Месторождения гранитов имеются на Кольском полуострове, в Карелии, на Урале, в Сибири, в Средней Азии, на побережье Азовского моря, в юго-западной части Украины, в Крыму, на Кавказе.

Сиенит отличается от гранита тем, что не содержит кварца, поэтому общее содержание SiО2 в нем меньше, чем в граните. Внешне сиенит напоминает граниты, но в нем менее отчетливо выражена зернистость структуры и окраска его более темная. По прочности сиенит весьма близок к граниту, но менее стоек против выветривания. Встречаются сиениты значительно реже, чем граниты. Их месторождения имеются на Урале, в юго-западной части Украины и на Кавказе.

Диорит — зернистая массивная порода — состоит почти на 75% из полевых шпатов (плагиоклазов), содержит также роговую обманку, авгит и биотит, иногда кварц (такой диорит называется кварцевым). Цвет диорита серый или темно-зеленый, объемный вес 2800—3000 кг/м3, предел прочности при сжатии 1500—2800 кГ/см2. Диорит обладает высокой вязкостью, хорошо полируется и стоек против выветривания (последняя резко понижается при наличии   включений   пирита).   Диорит применяют главным образом для покрытий дорог и для облицовки. Месторождения диорита известны в Карелии, на Урале, в Сибири, на Украине, в Крыму и на Кавказе.

Габбро—основная горная порода. Состоит из полевых .шпатов (до 50%, преобладает анортит), авгита и оливина. Структура габбро гранитная преимущественно крупнозернистая, цвет серый, темно-зеленоватый, коричнево-зеленый или черный, объемный вес 2900—3300 кг/м3, предел прочности при сжатии от 2000 до 3500 кГ/см2. Габбро применяют для покрытий, дорог, облицовки и для _приготовления щебня. Месторождения габбро имеются на Урале, Украине, Кавказе и в некоторых других регионах.

Лабрадорит — порода из семейства габбро, существенной составной частью которой является минерал Лабрадор, обладающий характерной для него ирнзацией — яркими переливами цветов: синего, голубого, зеленого, золотистого и др. Лабрадорит широко используют в строительстве в качестве облицовочного камня (Мавзолей В. И Ленина, колонны Библиотеки имени Ленина и другие здания и сооружения). Богатые месторождения лабрадорита имеются на Украине.

 3. ГЛАВНЕЙШИЕ ИЗЛИВШИЕСЯ ПОРОДЫ

Порфиры подразделяются на кварцевый порфир — аналог гранита, бескварцевый порфир — аналог сиенита и порфирит — аналог диорита. Строительные свойства порфиров близки к свойствам глубинных пород, но вследствие неравномерности структуры и наличия «вкрапленников» (чаще крупные зерна полевого шпата) стойкость их против выветривания ниже и верхние слои в месторождениях часто бывают выветрившимися. Порфиры значительно слабее сопротивляются истиранию, чем глубинные породы.

Диабаз (аналог габбро)—горная порода с зернами разной крупности темно-серого или зеленовато-черного цвета, имеющая высокую прочность (до 4500 кГ/см2). Обладает большой вязкостью и сравнительно малой истираемостью и поэтому применяется в качестве материала для покрытия дорог различного вида, а также в качестве сырья для каменного литья.

К новейшим излившимся породам относятся трахит, андезит и базальт.

Трахит (аналог сиенита)—пористая горная порода: объемный вес около 2200 кг/м3, предел прочности при сжатии 500—900 кГ/см2, цвет чаще светло-желтоватый или серый. В строительстве применяется как стеновой материал и как заполнитель (щебень) для бетона. Трахит сильно изнашнватся при истирании, а его сопротивляемость выветриванию низка. На Кавказе имеется разновидность трахитов —бештаунит, часто используемый в качестве заполнителя для кислотостойких бетонов.

Андезит (аналог диорита)—порода серого цвета с объемным весом от 2200 до 2700 кг/м3 и пределом прочности при сжатии от 600 до 2400 кГ/см2. Более кислые и плотные андезиты применяют как кислотостойкий материал в виде облицовочных плит и щебня для кислотоупорного бетона. Некоторые андезиты пористы. От трахитов сильно отличаются большим содержанием темноокрашенных минералов. Встречается андезит на Кавказе и в других местах.

Базальт   (аналог  габбро)—самая   распространенная   излившаяся (вулканическая лавовая) горная порода. В зависимости от условий остывания структура базальта стекловатая или скрытокристаллическая. Объемный вес его близок к удельному (2900—3300 кг/м3), предел прочности при сжатии достигает 5000 кГ/см2. При наличии трещин и пор прочность базальта сильно понижается, иногда до 1000 кГ/см2. Большая твердость и хрупкость базальтов затрудняет обработку, их используют главным образом как материал для дорожных покрытий, для мощения откосов набережных, в качестве щебня для бетона, а также как сырье для литья. Плавленый базальт имеет очень высокую прочность (до 8000 кГ/см2) и применяют его для изготовления кислотоупорной химической аппаратуры, труб, облицовочных материалов и др. Месторождения базальта имеются на Дальнем Востоке, на Кавказе и в других местах.

Кроме указанных выше массивных пород к изверженным горным породам относятся обломочные — продукт переотложения и цементации рыхлого материала, выбрасываемого вулканами; они разделяются на рыхлые —- вулканические пеплы, песок, пемза и цементированные — вулканические туфы, трассы, туфовая лава.

Вулканическими пеплами называют неправильной формы порошкообразные частицы вулканической лавы, выброшенной в раздробленном состоянии; более крупные частицы называют вулканическими песками.

Пемза — весьма пористая порода (до 80% объема занимают поры). Это вулканическое стекло, которое образовалось при быстром охлаждении лавы на воздухе, сопровождавшемся бурным выделением из нее газов. Размер частиц пемзы от 5 до 30 мм, средний объемный вес (в россыпи) около 500 кг/м3. Вследствие наличия довольно крупных и замкнутых пор водопоглощение пемзы значительно ниже ее пористости. Пемза морозостойка и негигроскопична. Она имеет низкий коэффициент теплопроводности, поэтому является хорошим теплоизоляционным материалом; предел прочности при сжатии 20—30 кГ/см2. Пемзу и пемзовые пески применяют в виде щебня и песка для приготовления легких бетонов и в виде порошка для теплоизоляции, а также в качестве шлифующего (абразивного) материала. Пемза.и другие пористые вулканические породы добываются в Армении, а также на Северном Кавказе, на Камчатке и в других районах .

Вулканические туфы — пористые породы, получившиеся в процессе уплотнения вулканического пепла; степень уплотнения их сильно колеблется в зависимости от условия залегания. К наиболее уплотненным вулканическим туфам относятся трассы (например, карадагский трасс в Крыму). Туфы, трассы и пемзу используют в тонкоизмельченном виде, как и вулканический пепел, в качестве гидравлических добавок к минеральным вяжущим (извести, цементам).

Туфовая лава образовалась в результате попадания вулканического пепла и песка в расплавленную лаву до ее остывания. Крупное месторождение туфовой лавы находится в Армении у ст. Артик (близ Ле-нинакана). Эта лава, носящая название артикский туф, представляет собой стекловатую пористую породу. Артикский туф имеет объемный вес 750—1400 кг/м3, предел прочности при сжатии 60—100 кГ/см2 и выше, коэффициент теплопроводности (в среднем) 0,3 ккал/м-ч- град, цвет розовато-фиолетовый различных оттенков. Туф обладает высокой морозостойкостью. Из туфовой породы выпиливают камни правильной формы для кладки стен, а щебень используют как крупный задодянхедъ для легкого бетона

Г. КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Исходным материалом для образования осадочных пород являются продукты разрушения горных пород различного происхождения.

Горные породы разрушаются в результате выветривания. Важнейшими факторами выветривания являются вода, ветер и температурные изменения. Вода проникает в трещины, постепенно размывает и растворяет составные части горных пород, а при замерзании вследствие увеличения в объеме разрушает их. В результате резких температурных изменений монолитность пород нарушается, они растрескиваются и от них отделяются куски разной величины. Ветер выдувает и уносит частицы разрушенных пород, вытачивает в них углубления (ниши). Продукты разрушения переносятся ветром на большие расстояния.

Выветривание проявляется не только в виде физических процессов (механического разрушения), но и как результат взаимодействия составных частей горных пород с различными веществами, находящимися в атмосфере (химическое разрушение). Так, полевые шпаты (например, ортоклаз) под действием воды и углекислого газа разрушаются, образуя минерал каолинит  (этот процесс называется каолинизацией):

К2О • А12О3 • 6SiO2 + 2Н2О + СО2 = К2СО3 + 4SiO2 + А12О3 • 2SiO2 • 2Н2О.

В результате физического выветривания горных пород образуются куски больших размеров (обломки)—глыбы, более мелкие (остроганные) куски — щебень (природный) и мелкие зерна — песок, главным образом кварцевый. Результатом химического разрушения полевошпатовых пород является образование каолинита, который, смешиваясь с песком и другими продуктами разрушения, дает разнообразные глины. Эти продукты разрушения остаются на месте, образуя горный песок и первичную глину, или переносятся водой, ледниками, ветром и откладываются в других местах (в виде вторичных глин).

Осаждение и накопление продуктов разрушения приводит к образованию осадочных пород, которые в зависимости от условий образования делятся на следующие основные группы: обломочные (механические осадки), химического происхождения (химические осадки) и органогенные, получающиеся в результате жизнедеятельности и отмирания организмов, населяющих водные бассейны. Особенностью осадочных пород является их слоистость — результат постепенного осаждения продуктов разрушения. Осадочные породы залегают в виде пластов, поэтому их называют также пластовыми.

1. ОБЛОМОЧНЫЕ ПОРОДЫ

Обломочные породы (рыхлые) разделяются по размерам обломков на крупнообломочные'—размер кусков более 2 мм (гравий с окатанными зернами и крупные пески), среднеобломочные — размер кусков 2— 0,1 мм (пески), мелкообломочные — размер зерен 0,1—0,01 мм (пыле-ватые частицы) и тонкообломочные — размер зерен менее 0,01 мм (глины— землистые полиминеральные смеси, тончайший ил — отложения, нанесенные водой, лёсс — отложения, нанесенные ветром, состоящие из мельчайших зернышек кварца, известняка, глины).

Обломочные породы, связанные между собой каким-либо веществом (глиной, кальцитом, кремнеземом и др.), называются цементированными породами. Из них наибольшее значение в строительстве имеют песчаники, т. е. цементированные кварцевые пески. В зависимости от цементирующего вещества различают песчаники глинистые, мергелистые, известковые, кремнистые, битумные и др. Окраску песчаникам придают цементирующие вещества. Для строительства наиболее часто используют кремнистые и известковые песчаники; первые сцементированы кремнеземом, вторые — кальцитом. Наиболее стойки и прочны кремнистые песчаники, имеющие предел прочности при сжатии до 2500 кГ/см2. Большой объемный вес (до 2700 кг/м3) и высокий коэффициент теплопроводности песчаников дают возможность применять их только для стен неотапливаемых зданий, фундаментов, подпорных стенок, набережных, для устройства ступеней и тротуаров, а особенно стойкие — для облицовки зданий н сооружений (опор мостов и др.). Песчаники используют также в виде щебня и бута; щебень применяют для приготовления бетона (в качестве крупного заполнителя), для строительства шоссейных дорог, балластировки железнодорожных путей и других целей. Песчаники весьма широко распространены.

 2. ОРГАНОГЕННЫЕ ПОРОДЫ

Органогенные породы образуются в результате жизнедеятельности и отмирания организмов, находящихся в морских и пресных водах.' К органогенным породам относят различные карбонатные и кремнистые породы. Для строительных целей используют известняки, известняки-ракушечники, мел (в которых основным веществом является кальцит) к диатомиты и трепелы (в которых основным веществом является водный кремнезем).

Известняки состоят главным образом из кальцита СаСО3. Они образовались в морских бассейнах в основном из остатков животного мира (зоогенные породы), а также частью за счет химических осадков (вследствие выпадения из раствора углекислого кальция). Рыхлые скопления раковин и их обломков уплотнялись давлением воды и скреплялись углекислым кальцием в более или менее плотную породу. Известняки имеют твердость около 3 по шкале твердости. При большой примеси кремнезема их твердость и прочность повышается, что затрудняет обработку. Объемный вес известняков 1700—2600 кг/м3, они бывают белого цвета или в зависимости от примесей (глины, кварца, окиси железа и др.) желтоватого, сероватого, красноватого, бурого и др. Большое содержание в известняках глин и пирита оказывает на них вредное влияние. Так, при содержании более 3% глины известняки становятся влагоемкими и недостаточно морозостойкими.

В зависимости от относительного содержания СаСО3 известняки называются чистыми (не менее 98% СаСО3) и мергелистыми (не менее 90% СаСО3).

Мергели представляют собой природную тонкую механическую смесь известняка и глины в разных соотношениях, строение имеют землистое до плотного, прочность небольшую, легко выветриваются. При содержании СаСО3 не менее 75% мергели называют известковыми, не менее 40%—просто мергелями и. не менее 10%—глинистыми мергелями; мергели определенного состава используются для изготовления портландцемента.

Предел прочности известняков при сжатии колеблется от 80 до 2000 кГ/см2, в зависимости от плотности и состава. Они залегают обычно пластами, разделенными прослойками глинисто-суглинистых и песчаных пород. Месторождения известняков имеются во многих регионах России.

Мраморовидные известняки представляют собой переходные породы от известняков к мраморам. В них под микроскопом среди массы равномерной плотности видны кристаллические зерна известкового шпата   (кальцита).

Известняк плотный применяют в виде обработанных плит и фасонных деталей для облицовки стен, изготовления лестничных ступеней, подоконников, цоколей и карнизов; плиты неправильной формы используют для бутовой кладки. Известняк употребляют также для приготовления щебня для бетона, в производстве портландцемента, из него обжигом получают известь и  др.

Пористые известняки и известняк-ракушечник легко поддаются распиловке на штучный камень определенных размеров и используются для кладки стен и перегородок. Известняк-ракушечник (в котором видны обломки раковин) широко распространен в Крыму, Одесской области, Молдавии и на Северном Кавказе. Здесь многие дома построены из этого материала. Объемный вес известняка-ракушечника составляет от 600 до 1500 кг/м3, предел прочности при сжатии от 4 до 50 кГ/см2.

Мел имеет тот же химический состав, что и известняк СаСО3, состоит он из мелких частиц раковин простейших организмов; прочность его меньше, чем известняка. Используют мел для получения извести, приготовления красок, замазок и др., а также в производстве цемента.

Диатомиты и трепелы представляют собой богатые аморфным кремнеземом, слабо или вовсе нецементированные, рыхлые или землистые массы белого, желтого, серого, розового цвета. Диатомиты образуются из панцирей диатомовых водорослей, живущих в пресной и соленой воде. После отмирания растений панцири опускаются на дно водоемов, уплотняются, между ними осаждаются тончайший ил и глина. Трепел — порода более раннего происхождения, в которой панцири превратились в мельчайшие шарики опала, сцементированные опаловым цементом. В России имеются многочисленные месторождения этих пород. В диатомите и трепеле высших сортов содержится от 75 до 96% SiO2. Их химический состав и физические свойства очень близки: объемный вес от 350 до 950 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,15— 0,2 ккал/м • ч град. Диатомит и трепел широко используют как теплоизоляционные материалы и в качестве активных гидравлических добавок к вяжущим.

С течением времени   под давлением   вышележащих   слоев   трепел превращается в плотную, прочную, трудно размокающую породу—опоку, почти полностью состоящую из аморфного кремнезема. 

 3. ПОРОДЫ ХИМИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Магнезит MgCO3 используют для получения огнеупорных материалов и магнезиального вяжущего — каустического магнезита. Наиболее богатое месторождение магнезита имеется на Урале.

Доломит состоит в основном из минерала того же названия СаСО3 •MgCO3. По свойствам доломиты близки к плотным известнякам, а иногда обладают и более высокими качествами. Применяют их в качестве строительного камня и щебня для бетона, а также для получения огнеупорных материалов и вяжущего вещества (каустического доломита). Доломиты широко распространены в России.

Гипс CaSO4•2H2O, состоящий из минерала того же названия, используют главным образом для изготовления гипсовых вяжущих веществ и в качестве добавки при производстве портландцемента. Наиболее крупные месторождения гипса находятся в Горьковской обл., на Урале, в Башкирии, в Татарской республике, на Украине и в других регионах.

Ангидрит CaSO4, состоящий из минерала того же названия, применяют для получения вяжущих, а также для изготовления плит для внутренней облицовки. Внешне ангидрит заметно не отличается от гипса и залегает обычно вместе с ним.

Известковые туфы образовались в результате выпадения СаСО3 из холодных и горячих подземных углекислых вод. Очень пористые известковые туфы используют как материал для декоративных построек (гроты и др.) н как сырье для приготовления извести, а плотные с мелкими равномерно расположенными порами и пределом прочности при сжатии до 800 кГ/см2 — для наружной облицовки зданий.

Д. КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД

Из метаморфических пород в строительстве применяют гнейсы, мраморы, кварцит и глинистые сланцы.

Гнейсы по минералогическому составу сходны с гранитами, из которых они образовались в результате перекристаллизации под большим давлением. Гнейсы имеют так называемое сланцеватое строение, характерны тем, что составляющие минералы вытянуты в направлении, перпендикулярном направлению давления. По объемному весу и прочности в направлении, перпендикулярном сланцеватости, гнейсы мало отличаются от гранитов. Сланцеватость облегчает добычу и обработку гнейсов, но уменьшает их прочность вдоль слоев. Гнейсы сравнительно легко раскалываются по плоскостям сланцеватости и могут расслаиваться при попеременном замораживании и оттаивании. Сланцеватость понижает стойкость гнейсов против выветривания. Назначение гнейсов в строительстве в основном то же, что и гранитов, но используют их преимущественно в виде плит для облицовки каналов и набережных, кладки фундаментов, устройства тротуаров и др. Гнейсы встречаются на Кольском полуострове, в Карельской республике, на Урале, в Восточной Сибири, в юго-западной части Украины и в других местах.

Глинистые сланцы — твердая глинистая порода сланцеватого сложения, получившаяся из глин, сильно уплотнившихся и частично перекристаллизовавшихся под влиянием большого давления. Глинистые сланцы значительно тверже глин, не размокают в воде и при смешивании с ней не переходят в пластическое состояние. Состоят они из очень мелких глинистых частиц, а также листочков слюды, мелкой пыли, полевых шпатов, зерен кварца и других минералов; цвет имеют преимущественно темно-серый; легко раскалываются на тонкие ровные плитки, применяемые как самый долговечный кровельный материал, известный под названием природный шифер. Месторождения глинистых сланцев имеются на Урале, Украине, Кавказе и в других районах.

 Мраморы состоят из более или менее крупных кристаллов известкового шпата (кальцита), иногда с примесью зерен доломита. Кристаллы часто видны невооруженным глазом и прочно соединены между собой без всякого цементирующего вещества. На 10 схематически показана микроструктура мрамора. Мраморы образовались из известняков (реже из доломитов) под влиянием высокой температуры и под действием огромных давлений в толще земной коры, вызвавших перекристаллизацию известняков. Мрамор бывает белоснежный или розовый, желтый, красный, черный и других цветов (в зависимости от примесей) ; в нем часто имеются прожилки и узоры. Предел прочности мрамора при сжатии около 1200 кГ/см2, но иногда он достигает 3009 кГ/см2. Мрамор легко пилится на тонкие плиты и вследствие высокой плотности хорошо шлифуется и полируется. Используют его для декоративных и облицовочных работ: из него делают плиты для внутренней отделки зданий, плитки для полов, а также лестничные ступени, подоконные доски и другие изделия. Мрамор в наружной отделке зданий и сооружений под влиянием атмосферных факторов (важнейший из них — сернистый газ, содержащийся в воздухе промышленных центров и больших городов) быстро выветривается, теряет блеск полировки, цвет его изменяется.

Мраморы различных цветов добываются в Карелии, на Урале, в Сибири, на Дальнем Востоке, в Средней Азии, на юго-западе Украины, в Крыму, на Кавказе и в других районах.

Кварцит — метаморфическая разновидность кремнистых песчаников с перекристаллизованными зернами кварца, которые срослись между собой так, что цементирующее вещество неразличимо. Он имеет цвет белый или, в зависимости от примесей, красный, фиолетовый, темно-вишневый. Кварцит хорошо противостоит выветриванию, его предел прочности при сжатии достигает 4000 кГ/см2. Вследствие большой твердости кварциты трудно обрабатываются. Применяют их обычно в особо ответственных местах зданий и сооружений, например для изготовления подферменных камней в мостах, для наружной облицовки в виде тесаного камня и облицовочных плит (если от них требуется повышенная стойкость); иногда из кварцита изготовляют ступени для лестниц. Кварциты используют также в виде бутового камня и щебня. Они являются сырьем для производства огнеупорных (динасовых) изделий. Добывают кварцит в Карелии.

Е. РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ОБРАБОТКА КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Весь комплекс работ по добыче каменных материалов называется горными работами. Разрабатываемые   месторождения   носят   название карьеров, а выработанные пространства, образующиеся в процессе добычи ископаемых, — выработок. Обычно при добыче полезных ископаемых попутно получается более или менее значительное количество непригодной для строительства так называемой пустой породы.

Различают карьеры коренных месторождений, в которых разрабатывают сплошные массивы горных пород, например граниты, известняки и др., и карьеры рыхлых горных пород (разработка песка, гравия, валунного камня).

Карьеры делятся на два основных типа:

1)         промышленные, с большими запасами полноценных пород, что гарантирует  долголетнюю их эксплуатацию, возможность   применения современных машин и оборудования и механизацию работ. Эти карьеры, территориально не связанные со строительными объектами, как правило, связаны с железнодорожным или водным путем для транспортирования готовой продукции;

2)         притрассовые  (расположенные у дорог), обслуживающие местные нужды и расположенные вблизи строительного объекта, с небольшим сроком эксплуатации. .

Разработка горной породы, в зависимости от условий залегания, может быть открытая, подземная или, в редких случаях, подводная. При выборе метода разработки учитывают условия залегания породы, ее качество и количество, а также характер трещин, облегчающих разработку. Для открытых работ особенно удобны выходы горных пород в верхних 'зонах склонов долин, оврагов и берегов рек. В этом случае резко уменьшается объем вскрышных работ, облегчается отвод грунтовых и атмосферных вод и облегчается транспортирование готовой продукции к местам погрузки.

 Последовательность операций по подготовке карьеров к разработке и собственно разработка полезного ископаемого такая:

1)         планировка   местности  с  обязательным  отводом   атмосферных осадков, грунтовых и паводковых вод;

2)         обнажение породы и удаление пустой породы (вскрышные   работы) ;

3)         разработка и удаление на   специальные   площадки   выветрившихся в верхнем слое пород;

4)         отделение монолитов от массива и передача их к месту дополнительной обработки;

5)         разделка монолитов на глыбы нужных размеров или   переработка в определенный вид каменной продукции;

6)         сортировка готовой продукции;

7)         транспортирование   продукции   к    местам    отгрузки    (или   на склад).

За последний период горные работы в связи с резким и непрерывным увеличением их объема в значительной степени механизированы, что резко снизило стоимость продукции.

Вскрышные работы и связанные с ними перемещения больших объемов грунта производятся бульдозерами и экскаваторами большой производительности. Там, где горные породы имеют значительную тре-щиноватость, возможно применение экскаваторов для отделения горной породы от массива. Породы, не имеющие необходимой в этом случае трещиноватости, например массивные изверженные горные породы, как правило, разрабатывают с применением взрывчатых веществ. При этом в горной породе бурят ряд скважин (шпуров), в которые закладывают взрывчатые вещества, шпуры прочно заделывают и производят взрыв.

Для получения того или иного вида каменного материала применяют различные взрывчатые вещества. При необходимости получения монолитов больших размеров используют так называемые метательные взрывчатые вещества, имеющие небольшую скорость распространения взрыва (до 400 м/сек), вследствие чего объем газа увеличивается постепенно и сильного дробления горной породы не происходит. К этому виду взрывчатки относится черный порох. При добыче из монолита щебня или рваного камня применяют бризантные взрывчатые вещества (аммоналы и др.). имеющие скорость распространения взрыва от 4000 до 7000 м/сек, что вызывает дробление взрываемой породы на мелкие части.

Очень широко практикуется добыча каменных материалов путем распиловки массива камнерезными машинами непосредственно на месте залегания породы. Машины особенно эффективны при подземных выработках слабых и мягких пород, например ракушечника, известковых туфов и др. В этом случае с минимальными отходами получается готовый каменный материал правильной формы, одинакового размера и объема, направляемый непосредственно на строительство. Более твердые породы (мраморы, некоторые разновидности гранитов и др.) на штучный камень, блоки и плиты распиливают пилами со стальными дисками, армированными пластинками твердых сплавов или с абразивными порошками. Особенно эффективны диски с абразивной массой, состоящей из мелкозернистого корунда, электрокорунда или шлифовального порошка. Еще более высокая производительность резания каменного материала достигается применением алмазного режущего инструмента.

Песок и гравий можно добывать также и гидромеханическим способом, когда  вода,  подаваемая гидромонитором под большим давлением, разрыхляет грунт. Гравий со дна озер и прибрежной части морей добывают специальными плавучими механизмами — драгами и землечерпалками.

Как видно из сказанного, часть каменных материалов приобретает вид готового материала непосредственно на месторождении. Это — песок, гравий, щебень, пиленые камни разных назначений и др. Но значительная часть каменных материалов, добытых в карьерах, направляется на специализированные заводы для окончательной обработки, в результате которой камень приобретает заданные размеры и форму, а также фактуру лицевой стороны. Методы обработки камня весьма разнообразны, но, к сожалению, еще не везде достаточно механизированы. Так, при разделке крупных глыб на более мелкие до настоящего времени применяются стальные клинья и ручная кувалда весом до 15 кг, так как разделка взрывом не всегда возможна и дает дополнительный отход материала. Очень трудоемкая работа по отделке лицевых поверхностей камней также механизирована недостаточно. Весьма трудоемкая работа по шлифовке и полировке некоторых видов отделочных и декоративных камней (граниты, мраморы) с успехом стала выполняться специальными станками, применение которых свело к минимуму затраты ручного труда.

3. ВИДЫ ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРИМЕНЕНИЕ ИХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Относительно широкие разведки каменных строительных материалов и испытания их начались в России с 70-х годов XIX в. в связи с развитием строительства железных дорог и мостов. Обширные исследования свойств природных каменных материалов проводили в конце прошлого века ученые испытательной станции под руководством проф. Н. А. Белелюбского при Петербургском институте инженеров путей сообщения, а затем в лаборатории, организованной проф. Н. К. Лахтиным, принадлежащей ныне Московскому архитектурному институту. Следует, однако, отметить, что масштабы изучения минеральных ресурсов страны в дореволюционной России были очень ограничены, а добывающая промышленность была развита первоначально слабо. В связи с этим даже граниты и мраморы, которыми очень богата наша Родина, ввозились из-за границы.

Огромный толчок материаловедческому изучению природных каменных материалов и становлению его как научной дисциплины дала Великая Октябрьская революция. На основе трудов академиков Д. С. Белянкина, В. А. Обручева, А. Е. Ферсмана, Ф. Ю. Левинсона-Лессинга и других ученых выявлены и хорошо исследованы богатейшие запасы природных каменных материалов во многих районах страны для удовлетворения потребностей гигантского строительства.

Горные породы и минералы, используемые человеком для своих нужд, называются полезными   ископаемыми.   Неиспользуемые   слои и прослойки между полезными ископаемыми называют пустой породой. Горные породы, применяемые в виде природных строительных материалов и в качестве сырья для производства других материалов, относятся к нерудным   (неметаллическим)   ископаемым.

Природные каменные материалы в строительстве используют обычно после механической обработки (расколки и обтески, распиловки, шлифовки и полировки, дробления и рассева)-. Все каменные материалы, используемые в строительстве, можно разделить на две основные группы —материалы, применяемые в своем первоначальном виде, и материалы, пригодные для строительных целей лишь после соответствующей обработки.

В некоторых случаях один и тот же материал может применяться в первоначальном виде или после прохождения одной или нескольких стадий обработки. Так, песок можно употреблять непосредственно из карьера или после предварительной промывки, природный гравий — или в первоначальном виде или после измельчения и сортировки для получения зерен определенных фракций.

Рассмотрим основные каменные материалы, применяемые без обработки.

Бутовый камень — крупные куски неправильной формы, размером 150—500 мм, весом 20—40 кг, получаемые разработкой известняков, доломитов и песчаников (реже гранита и других изверженных пород). Камень, получаемый при взрывных работах, носит общее название рваного камня. Бутовый камень должен быть однородным, без следов выветривания, расслоения и трещин, не содержать рыхлых и глинистых включений. Предел прочности при сжатии камня из осадочных пород не менее 100 кГ/см2, коэффициент размягчения не ниже 0,75, морозостойкость не ниже. 15 циклов. Бутовый камень широко применяется для бутовой и бутобетонной кладки фундаментов, подземных стен и стен неотапливаемых зданий, подпорных стен, ледорезов, отстойников и резервуаров.

Для кладки лучшим считается бутовый камень в виде плит неправильной формы, так называемый плитняк или постелистный бут. Его получают выколкой из осадочных и метаморфических пород,- имеющих слоистое или сланцеватое строение. Кладку ведут рядами, что повышает ее прочность, уменьшает расход вяжущего материала и повышает производительность труда.. Кладка из рваного бутового камня более трудоемка и на нее расходуется больше раствора для заполнения пустот между камнями неправильной формы.

Мелкие куски бутового камня обычно перерабатывают на щебень, используемый в качестве заполнителя в бетоне, для щебеночной подготовки под бетонные фундаменты в санитарно-технических сооружениях и в качестве фильтрующего материала.

Валунный камень — крупные обломки (более 300 мм) горных пород ледникового происхождения, характеризующиеся окатанной, часто сильно выветрившейся поверхностью. Весьма разнообразен по петрографическому составу. Используется для получения булыжного камня и щебня.

Булыжный камень — небольшие валуны (до 300 мм) или расколотые валуны больших размеров. Применяется для покрытия мостовых, дворов и откосов, для каменной наброски при строительстве дамб. Крупный булыжный камень можно применять как бут, мелкий камень перерабатывается на щебень. Валунный булыжный камень может быть использован для изготовления (методом околки) специальных шашек для мощения дорог и оснований под дорожные покрытия.

Гравий — рыхлое скопление обломков горных пород, различно обкатанных. Величина отдельных зерен 5—70 мм. В зависимости от линейного размера частиц гравий подразделяют на фракции 5—10, 10— 20, 20—40 и 40—70 мм. Добывают гравий открытым способом экскаваторами различных типов, при добыче со дна рек, морей и озер применяют всасывающие механизмы, которые забирают гравий вместе с водой и транспортируют по трубам к местам отвалов, где происходит его естественное обезвоживание. Гравий применяется в строительстве в качестве крупного заполнителя в цементных и асфальтовых бетонах, а также как фильтрующий материал в   водопроводных   сооружениях.

Песок — рыхлая горная порода, состоящая из зерен минералов и пород размером 0,14—5 мм. В зависимости от минералогического состава различают пески кварцевые, полевошпатные и карбонатные. Способы добычи песка аналогичны способам добычи гравия.

Пески как строительный материал получают обширное применение в связи с колоссальным развитием цементной промышленности: большинство цементных растворов и бетонов содержат песок, иногда в весьма большом количестве. От качества применяемых песков зависит прочность многих строительных материалов, получаемых на основе цемента и песка в качестве заполнителя. Для получения некоторых строительных изделий необходимо применение обогащенных песков, т.е. промытых и отсортированных как по величине зерен, так и по минералогическому составу, или прошедших дополнительное измельчение (тонкомолотых). Кварцевые пески являются основным сырьем для стекольной промышленности.

Наиболее часто в строительстве применяют каменные материалы второй группы, т. е. прошедшие специальную обработку в заводских условиях.

Плиты тесаные и пиленые изготовляют из блоков, отделенных от массива пород.

Процесс изготовления тесаных плит состоит из развалки монолитов, грубой околки и получистой и чистой тески. Монолит на болванки разделывают взрывным способом, взрывая в пробуренных шпурах небольшие заряды пороха, чтобы не появились при взрыве тонкие побочные трещины, понижающие прочность камня. Часто развалку монолита ведут клиньями. Болванки подвергают грубой отеске долотами. Для чистой тески лицевых поверхностей применяют бучар-ду с мелкой насечкой. Механическая теска с применением пневматических инструментов резко повышает производительность труда.

Изготовление пиленых плит значительно проще и состоит из распиловки блоков из природного камня и обработки лицевой стороны плиты для получения определенной фактуры.

Согласно ГОСТ 9479—60 блоки из природного камня делятся на четыре группы: I — из гранитов; II—-из мраморов; III — из известняков и IV — из вулканических туфов. 

Основным назначением тесаных и пиленых плит является облицовка зданий, поэтому для получения этих изделий используют однородные по строению горные породы, обладающие достаточной прочностью, устойчивостью к выветриванию и хорошей обрабатываемостью, без трещин, глинистых и других примесей. Плиты для наружной облицовки зданий и сооружений вырабатываются из породы с пределом прочности при сжатии не менее 1000 кГ/см2 — гранита, сиенита, диорита, габбро, лабрадорита, кварцита. Для внутренней облицовки применяют мраморы, некоторые кристаллические сланцы, мягкие гипсы и ангидриты с пределом прочности не менее 200 кГ/см2.

Стоимость пиленых плит ниже стоимости тесаных: их можно получить меньшей толщины —25 мм для внутренней и 50 мм для внешней облицовки зданий; толщина тесаных плит соответственно 100 и 200 мм. Правильность плоскостей пиленых плит упрощает дальнейшую их обработку: плиты легче поддаются шлифовке, полировке, а также обработке для придания наружной их стороне требуемой фактуры. Наиблее эффективен способ обработки поверхности каменных плит резанием многорезцовыми фрезами, что дает возможность получать гладкие плоские поверхности и выполнять окантовку плит.

Плиты для наружной облицовки выпускают шириной 600 мм из твердых пород и 400 мм из пород средней твердости, для внутренней облицовки—300 мм. Длина плит не нормируется, что дает возможность полнее использовать природный камень.

Пиленые плиты обладают большей стойкостью, чем тесаные, так как при теске ударами выкалываются и дробятся зерна минералов, в результате чего в камне появляются микротрещины.

Плиты для облицовки цоколей зданий изготовляют, из наиболее стойких и прочных пород.

При перевозке облицовочные плиты пиленые и тесаные устанавливаются на ребро с прокладками; полированные складывают лицевыми поверхностями, обязательно прокладывая между ними бумагу, в тару весом брутто не более 150 кг или перевозят в контейнерах.

Кровельные плитки, называемые природным шифером, получают раскалыванием и обрезкой глинистого (кровельного) сланца. Плитки выпускаются размером от 250X150 до 600x350 мм при толщине 4— 8 мм. Прочность их при изгибе должна быть не ниже 150 кГ/см2, они должны выдерживать не менее 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Природный шифер является самым долговечным кровельным материалом, срок службы которого исчисляется сотнями лет.

Бортовке камни изготовляются обколкой и обтеской каменных пород. Выпускаются камни трех основных видов: прямой, лекальный и для оформления съездов. Длина камней 70—200 см, по высоте они имеют два размера — низкие 30 и высокие 40 см при ширине верхней части 10, 15 и 20 см. Верхняя часть бортового камня, выступающая над дорожным покрытием, обтесывается чисто, а нижняя часть грубо. Эти бортовые камни в настоящее время применяются меньше, так как стоимость их значительно выше стоимости бетонных бортовых камней. Однако последние уступают тесаным камням как по долговечности, так и по внешнему виду.

Брусчатка — колотые и тесаные бруски камня, по форме приближающиеся к параллелепипеду, с наружной стороной в форме прямоугольника. По высоте брусчатка делится на низкую — высота 10 см, среднюю — 11—13 см и высокую — 14—16 см; ширина у всех сортов 12—15 см и длина 15—25 см. Верхняя и нижняя плоскости брусчатки, т. е. «лицо» и «постель», параллельны, а боковые грани суживаются книзу, так что длина и ширина граней постели меньше, чем грани лица, на 5 мм у низкой брусчатки и на 10 мм у средней и высокой брусчатки. Брусчатку изготовляют из однородных морозостойких каменных пород, имеющих прочность на сжатие не ниже 1000 кГ/см2 и обладающих хорошей обрабатываемостью.

Щебень представляет собой смесь угловатых обломков камня различной конфигурации размером от 5 до 150 мм. Изготовляется щебень из горных пород различного качества, что определяет его марку. Качество щебня устанавливается показателем предела прочности при сжатии исходной горной породы в насыщенном водой состоянии, а также показателями ее истираемости и сопротивления удару. По пределу прочности при сжатии щебень подразделяют на марки: из изверженных горных пород —1200, 1000 и 800; из метаморфических горных пород—1200, 1000, 800 и 600; из осадочных горных пород—1200, 1000, 800, 600, 400, 300 и 200. Щебень должен состоять из однородных по качеству обломков породы, приближающихся по форме к кубу или тетраэдру, с содержанием вытянутых и плоских щебенок (лещадок) не более 25%.

Получают щебень дроблением камня в дробилках разных конструкций (щековых, конусных), а мелкий щебень (с величиной кусков менее 25 мм) — на молотковых или валковых дробилках. Технология производства щебня состоит из следующих операций: раскалывание камня на куски, размеры которых соответствуют типу дробилки; загрузка (подача) камня в дробилки; дробление камня до получения зерен заданной величины; подача щебня на сортировку; сортировка щебня (по крупности зерен) на вращающихся грохотах и перемещение отсортированного щебня к месту хранения. При дроблении щебень в зависимости от характера горной породы принимает разную форму. Предварительно о качестве щебня судят визуально по его однородности, влажности и загрязненности. Окончательно качество щебня определяется на основании лабораторных определений гранулометрического состава, формы и размера зерен и физико-механических свойств. Применяется щебень в строительстве очень широко для приготовления цементобетонных и асфальтобетонных смесей.

Помимо описанных наиболее распространенных природных каменных материалов изготовляются в обширном ассортименте каменные изделия специального назначения. Это — камни и плиты для облицовки мостовых опор, устройства ледорезов, плиты для полов и тротуаров, блоки и плиты для кладки цоколей, плиты для подоконников, лестничные ступени и др. В южных районах нашей страны большую роль в строительстве играет пиленый камень-ракушечник, применяемый в основном для кладки стен малоэтажных зданий.

И. ЗАЩИТА КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Каменные материалы в эксплуатации непрерывно подвергаются воздействию окружающей среды. Процесс выветривания камня в одинаковой степени действует на горные породы верхних слоев земной коры на каменные материалы в строительных конструкциях. Вредное воздействие атмосферных осадков, газов и пыли, содержащихся в воздухе, попеременное увлажнение и высыхание, резкие перепады температур, сильные морозы и значительный солнечный нагрев—все эти факторы сокращают сроки службы каменных строительных материалов и резко ухудшают их декоративные качества. Особенно быстро ухудшаются свойства пористых белых каменных материалов, применяемых для наружной облицовки (пильных известняков, ракушечников).

Стойкость материала зависит не только от качества исходной горной породы, формы материала и условий эксплуатации, но и от интенсивности защитных мер в тех или иных условиях. Правильное и своевременное применение защитных мер увеличивает срок службы материала и сохраняет его декоративные качества и естественную окраску на долгое время. Выбор защитных мероприятий зависит от особенностей каменного материала и условий его работы. Чем больше пористость материала, тем сильнее на него воздействуют факторы разрушения. Поверхности мраморов и известняков интенсивно разрушаются сернистыми газами, находящимися в воздухе. Лишайники и мхи, растущие на камне, извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие биологическое разрушение камня.

Защита строительных материалов от возможного проникновения воды — самый надежный способ защиты материала от разрушения. Осуществляется он конструктивными или химическими мероприятиями. К первым относят применение материалов с полированной поверхностью, обеспечивающей быстрый сток воды, а также таких, характер поверхности которых исключает скопление дождевых и снеговых вод. Способы химической защиты заключаются в уплотнении поверхности материала путем пропитки водным раствором веществ, вступающих в химическое взаимодействие с минералом камня. При этом растворимое вещество переходит в нерастворимое состояние. Применяют для этого соли кремнефтористоводородной кислоты. Такой метод защиты называется флюатированием. Взаимодействие солей с минералами, образующими известняковые породы, можно выразить уравнением

2СаСО3 + MgSiF6 = 2CaF2 + MgF2 + SiO2 + 2CO2.

В результате реакции в порах камня и на его поверхности выделяются нерастворимые вещества, состоящие из CaF2, MgF2 и SiO2, повышающие не только прочность и морозостойкость камня, но и стойкость его по отношению к воздействию химических факторов. Кроме флюата магниевой соли применяют также алюминиевый флюат. Водопоглоща-емость камня, обработанного химическим способом, значительно понижается.

Породы с крупными порами на поверхности или с малым содержанием углекислого кальция обрабатываются методом аванфлюатирова-ния, т.е. предварительного пропитывания раствором хлористого кальция и, после просушки, раствором соды. Образование карбоната кальция происходит по реакции

СаС12 + Na2CO3 = СаСО3 + 2NaCl.

Последующее флюатирование, вызывая активную реакцию с карбонатом кальция, уплотняет поверхность камня. Реакция между гидратом окиси кальция и флюатом  аналогична приведенной ранее

2Са (ОН)2 + MgSiF6 = MgF2 + 2CaF2 + SiO2 + 2H2O.

Идея кремнефторизации поверхности камней принадлежит великому русскому ученому Д. И. Менделееву, а способы применения ее в строительстве разработаны Н. А. Белелюбским.

Для предотвращения выветривания облицовочных материалов некоторых пород рекомендуется последовательно пропитывать их жидким стеклом и хлористым кальцием, в результате взаимодействия которых в порах камня образуются нерастворимые соединения силиката кальция и кремнекислоты, заполняющие поры поверхности. Уплотнение поверхности камня достигается также последовательной пропиткой спиртовым раствором калийного мыла и уксуснокислого глинозема. В этом случае в порах камня отлагается глиноземная соль жирной кислоты.

Прочный защитный слой создается полировкой, при которой поры заполняются мельчайшими частицами материала, делая их недоступными для влаги и газов.

В последний период получает распространение метод уплотнения поверхности каменных изделий путем пропитки их полимерными материалами,  обладающими гидрофобными  свойствами.

К. ЗНАЧЕНИЕ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

В общем весе сооружаемых объектов вес материалов и конструкций, получаемых на основе минерального нерудного сырья, составляет в среднем 70%, достигая для некоторых объектов 90%- из общего количества камня, добываемого в качестве технологического сырья, около 75% потребляется непосредственно в строительстве, преимущественно для изготовления бетонных конструкций, остальные 25% идут для производства цемента и других вяжущих веществ, металлургических флюсов, для нужд химической промышленности, а также для производства стеновых изделий из природного камня.

Нужно отметить, что стоимость нерудных ископаемых у нас еще высока. Так, доля стоимости заполнителей в стоимости железобетонных изделий составляет около 30%. Высокая стоимость щебня, грагшя и песка обусловлена иногда недостаточным уровнем механизации производственных процессов и низким коэффициентом извлечения полезной породы из горной массы. За последний период достигнуто значительное снижение себестоимости нерудных ископаемых за счет внедрения комплексной механизации, ликвидации мелких карьеров, обусловливающих низкое использование основного оборудования (экскаваторов, самосвалов, автопогрузчиков) и сдерживающих внедрения прогрессивных технологических методов добычи, например гидромеханизации, которая в отдельных случаях дает 30—40% снижения стоимости материала. Достигнуто значительное уменьшение транспортных расходов, удельный вес которых в себестоимости нерудных ископаемых весьма велик, за счет улучшения взаимного расположения добывающих карьеров и перерабатывающих заводов, а также в результате использования в качестве транспортных средств более эффективных автомашин грузоподъемностью свыше 5 т.

 Важное место в общей стоимости нерудных материалов занимают работы по дроблению, фракционированию, организации процессов мойки и обогащения, что в значительной степени повышает их качество. Низкое качество заполнителей для бетона (песка, гравия, щебня) влечет за собой значительный перерасход цемента, повышенный процент брака и увеличение трудоемкости производства железобетонных изделий и конструкций.

Большое влияние на уровень технико-экономических показателей оказывают горногеологические условия разработки — мощность и глубина залегания пласта, величина запасов, объемный вес и прочность породы, ее химический и минералогический состав. Так, при разработке открытых карьеров вскрышные работы, зависящие от глубины залегания породы, при увеличении их объема на 10% требуют увеличения капиталовложения на 30—50%. Снижение выхода полезной породы из горной массы также дает резкое увеличение удельных капитальных вложений, а повышение выхода — их снижение. Поэтому правильный выбор месторождений с максимально благоприятными горногеологиче-скими условиями является основой снижения стоимости добываемых материалов.

Источник - http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-32/index.htm