Свойства и область применения пород.

Изверженные (магматические) породы образовались из расплавленной магмы, поднявшейся из глубин земли и отвердевшей при остывании. Различные условия охлаждения магмы привели к образованию изверженных пород с различными свойствами и строением.

Глубинные породы образовались при застывании магмы на глубине в земной коре. Остывали они медленно и сравнительно равномерно. Поэтому они массивны, плотные и состоят из тесно сросшихся более или менее крупных кристаллов (более 5мм, 1 – 5 мм, 0,5 – 1 мм).

Свойства пород глубинных:

Большая плотность, высокая прочность на сжатие, высокая морозостойкость, малое водопоглощение, большая теплопроводность. Имеют зернистое кристаллическое строение, гранитное, как говорят иногда.

Граниты обладают благоприятным для строительного камня минеральным составом,состоят из 25 – 30% кварца, 35 – 40% натриево – калиевых шпатов, 20 – 25% плагиоклаза и 5 – 10% слюды.

Плотность 2600 кг/м³, R_cж = 100 – 300 МПа, а при растяжении 1/40 – 1/60 R_cж (невысокое), стойкость против выветривания, высокая морозостойкость, малая пористость (не более 1,5%), водопоглощение до 0,5%, высокая кислотостойкость.

Эти высокие свойства позволяют широко применять граниты для изготовления облицовочных плит, полов, бортовых камней, при строительстве гидротехнических сооружений, в качестве щебня высокопрочных и морозостойких бетонов.

Близки по свойствам к гранитам сиениты, состоящие на 50 – 70% из калиевых и натриевых шпатов 10 – 30% и 10 – 20% цветных минералов, может быть 10 – 15% кварца.

Но сиениты мягче гранитов, легче поддаются полировке, обладают большей вязкостью.

Диориты – породы серого цвета, их минералогический состав: 65 – 70% плагиоклаза, 25 – 30% роговой обманки с пироксенами или биотитом.

Плотность 2700 – 2900 кг/м³, R_cж = 180 – 200 МПа.

Трудно обрабатываются, обладают большим сопротивлением истиранию, хорошо полируются, стойки против выветривания. Применяют в дорожном строительстве и в виде облицовочных плит.

Габбро – порода в свежем состоянии темно-серого или почти черного цвета, состоит из равного количества плагиоклаза и пироксена, реже присутствует биотит и роговая обманка. Высокая плотность 2900 – 3160 кг/м³ и R_cж = 100 – 300 МПа. Стоек против выветривания, трудно обрабатывается, но дает долговечную полировку. Применяют в виде щебня и облицовочных плит в гидротехнических и других видах сооружений.

Излившиеся (эффузивные) породы, образовались на поверхности земли при вулканической деятельности, излиянии магмы из глубин и застывании на поверхности или в приповерхностном слое земной коры при быстром охлаждении магмы. И т.к. часть магмы уже содержала кристаллы отдельных хорошо сформированных кристаллов, вкрапленных в основную скрытокристаллическую массу, то излившиеся породы состоят из отдельных хорошо сформированных кристаллов, вкрапленных в основную скрытокристаллическую массу. Такое строение называют порфировое.

Свойства излившихся пород:

- если застывали мощным слоем – то строение подобно строению глубинных пород,

- если слой магмы был тонкий и охлаждение ее было быстрое, то масса получилась стекловатной, мелкокристаллической, а в результате выделения газов при уменьшении давления верхние слои становились пористыми.

Из излившихся пород в строительстве используют кварцевые и бескварцевые (полевошпатовые) порфиры.

Кварцевые порфиры по составу и свойствам близки к гранитам, но более хрупки и менее стойки при колебаниях температуры вследствие крупных вкраплений. Используют в виде щебня или штучного камня.

Трахиты. По минеральному и химическому составу схожи с сиенитом, но более пористы. Используются как кислотоупорный материал и в качестве строительного камня.

Диабазы – порода мелкозернистая, по составу аналогичная габбро, но имеет в своем составе примеси кварца и роговой обманки. Применяют в виде щебня, плит, облицовочного материала. Отличается высокой твердостью, прочностью (300 – 400 МПа). Плавленый диабаз стоек к кислотам и щелочам, из него при температуре 1200 – 1350⁰ С отливают различные изделия.

Базальты – излившиеся аналоги габбро. Высокая твердость и прочность позволяют использовать их в качестве материалов для дорожных покрытий.

Порфирит и андезит – аналоги диорита. Используются как облицовочный материал и щебень, как заполнитель в кислотоупорных бетонах.

Обломочные породы образовались при быстром охлаждении раздробленной, выбрасываемой при извержении вулканов лавы. Обломочные породы делятся на рыхлые и цементированные. Рыхлые породы образовались путем выделения газов из быстро остывающей магмы. Выделяющиеся газы вспучивали массу и при последующем быстром остывании вспученной массы образовалась стекловидная пористая порода – пемза.

Цементированные вулканические туфы образовались, когда во время извержений к жидкой лаве примешивались пепел и песок. В результате быстрого охлаждения туфы имеют стекловидное строение.

Пемза состоит из до 70% кремнезема SiO₂ и глинозема Al₂O₃ до 15%. Пористость ее до 80%, R_cж = 0,4 – 2,0 МПа, твердость 6, плотность в куске 400 – 1400 кг/м³. Залегает пемза в виде обломков размером 5 – 50 мм. Используют ее как щебень для легких бетонов, как теплоизоляционный материал, и как активную добавку к извести и цементам (из-за наличия в пемзе активного кремнезема).

Вулканический пепел – размеры частиц пепла от 0,1 до 2 мм. Является активной минеральной добавкой для воздушной извести и п – цемента и применяют для получения легких растворов и бетонов.

Вулканические туфы – в их состав входят SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃. Хорошо сопротивляются выветриванию, мало теплопроводны и, несмотря на большую пористость, морозостойки. Хорошо обрабатываются.

Используют в качестве песка щебня для легких бетонов и растворов, крупных стеновых блоков, в качестве облицовочного материала для фасадов зданий.

Осадочные горные породы – образовались при осаждении веществ из водной среды и при распаде горных пород (выветривание и разрушение). Большинство пород имеет более пористое строение, чем плотные изверженные породы, а потому и меньшую прочность. Некоторые из них легко растворяются (например, гипс) или распадаются в воде на мельчайшие частицы (глина, например).

3 группы осадочных гонных пород: химические, органогенные и механические.

Химические осадки представляют собой горные породы, образовавшиеся при осаждении минеральных веществ из водных растворов с последующим их уплотнением и цементацией (гипс, ангидрит).

Гипс – горная порода, состоит из минералов гипса.

СаSО₄ · 2H₂O и СаSО₄ · 0,5H₂O. Гипс применяют в качестве воздушного вяжущего, строительного гипса и для облицовки внутренних помещений.

Ангидрит – состоит из ангидрита СаSО₄. Ангидрит применяют в качестве облицовки.

Магнезит – состоит из минерала магнезита MgCО₃. Магнезит применяют в качестве сырья для магнезитового вяжущего и огнеупорных материалов.

Доломит – состоит из минерала доломита СаСО₃ · MgCО₃ с примесями глинистого, железистого и других веществ. По свойствам доломиты близки к плотным известнякам. Применяют доломит для производства щебня, изготовления облицовочных плит, огнеупоров и вяжущего материалов.

Известковые туфы – образовались при выделении СаСО₃ из кислого углекислого кальция, растворенного в воде.

Очень пористые известковые туфы используют как сырье для производства извести, а плотные – применяют в виде штучных камней для кладки стен и в качестве щебня для легких бетонов.

Органогенные породы – образовались в результате отложения остатков водорослей и животных организмов с последующим их уплотнением и цементацией.

Известняк - состоит в основном из минерала кальцита СаСО₃.

Плотность 1700 – 2600 кг/м³, R_cж = 10 – 100 МПа. Применение: для производства щебня, облицовочных плит и архитектурных деталей, для производства извести и портландцемента.

Известняк – ракушечник – пористая горная порода, состоит из раковин и обломков, сцементированных известковым веществом. Применяют для изготовления стеновых камней и блоков, как заполнители для легких бетонов.

Мел – состоит из чистого СаСО₃ (карбоната кальция), иногда примеси – глинистое вещество и зерна кварца. Применение – в качестве белого пигмента, для приготовления замазки, при производстве извести, портландцемента и стекла.

Диатомиты – слабо – сцементированная, очень пористая кремнеземистая порода. Плотность 400 – 1000 кг/м³, пористость 60 – 70%.

Трепелы – очень легкая глиноподобная порода, содержащая аморфный кремнезем в виде мелких шариков опала.

Плотность 500 – 1200 кг/м³, плотность 60 – 70%, коэффициент теплопроводности 0,17 – 0,23 Вт/м· ⁰С.

Применение диатомитов и трепелов: для изготовления теплоизоляционных материалов, легкого кирпича, как активные минеральные добавки при производстве гидравлических вяжущих.

Механические отложения (обломочные породы) – образовались в результате физического выветривания, горных пород под влиянием воды и температуры. Продукты разложения переносились ветром и водным потоком и где – то оседали.

Механические отложения представляют собой рыхлую смесь, состоящую из отдельных зерен разрушившейся первичной горной породы (глины, пески, гравий). В ряде случаев эти рыхлые смеси цементируются глиной, кальцитом или кремнеземом и образуют при этом сплошные горные породы. В зависимости от крупности зерен и их цементации различают:

Песок - смесь зерен крупностью 0,16 – 5,0 мм. В зависимости от условий образования различают пески горные, речные, морские, дюнные, барханные. Применяют для приготовления растворов и бетонов.

Гравий – зерна окатанной формы крупностью 5 – 70 мм. Применяют в качестве заполнителей бетона.

Песчаники – горная порода, состоит из зерен кварца, сцементированная глинистым, кремнеземистым или известковым веществом. Прочность песчаника зависит от цементирующего вещества, крупности и формы сцементированных зерен. Используют как щебень для бетона, облицовки опор мостов и зданий, для дорожных покрытий, т.к. он имеет высокие морозостойкость и прочность при истирании.

Конгломераты – горная порода, состоящая из сцементированных зерен гравия.

Брекчия – горная порода, состоящая из сцементированных зерен щебня.

Используют их в качестве щебня для бетонов, штучного камня и облицовочных плит.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались из магматических и осадочных пород путем их преобразования под влиянием высокой температуры и давления.

В процессе метаморфизма происходило изменение структуры горных пород, перекристаллизация, и породы обычно получились более плотные, чем исходные осадочные. Они чаще всего имеют сланцеватую структуру.

Гнейсы – по минералогическому составу аналог гранита. Используют их как облицовочные плиты, в виде бутового камня для кладки фундаментов, для тротуаров.

Мрамор – кристаллическая порода, образовалась из известняков и доломитов. Прочность до 300 МПа. Легко пилится на плиты, хорошо полируется (твердость небольшая 3 – 3,5). Используется мрамор для облицовки внутренних частей здания.

Правильный выбор области применения природных каменных материалов в строительстве основывается на подробных сведениях о составе, структуре, строении и основных свойствах исходных горных пород, которые зависят от условий их образования.