Тема 2. ПРИРОДНІ КАМ’ЯНІ МАТЕРІАЛИ
1. Загальні
відомості про гірські породи, класифікація залежно від умов утворення.
2. Вивержені
гірські породи, матеріали з них; властивості, використання у будівництві.
3. Осадові
гірські породи, матеріали з них. Властивості та використання.
Природні кам’яні матеріали – це матеріали, які одержують механічною переробкою або
обробкою гірських порід, не змінюючи їх природної структури та властивостей.
Залежно від виду обробки вони поділяються на подрібнені, колоті, пиляні,
поштучні вироби різного ступеню обробки. Застосовують у вигляді поштучного
каміння та виробів для стін будівель, сходів, підлог; як облицювальні плити,
каміння для дорожнього та гідротехнічного будівництва, бутовий камінь, заповнювачі
для бетонів тощо.
Гірські породи – це мінеральні маси, що утворюють земну кору і мають відносно
сталі склад і будову. Складаються з мінералів, бувають мономінеральними
чи полімінеральними.
Мінерали – це природні утворення, однорідні за хімічним складом,
будовою, властивостями. Породоутворюючі мінерали поділяються на 5 груп:
·
група кварцу – кварц (SiO2),
міцний (2000 МПа при стиску), твердий (твердість 7), низька стиранність,
хімічно стійкий, колір світлий; густина 2,65 г/см3; спайності
немає;
·
група
алюмосилікатів – польові шпати (ортоклаз,
альбіт, анортит) густина 2,55…2,70 г/см3; твердість 6; Rст = 120…170 МПа; стійкість менша, ніж у кварцу
– під дією води та вуглекислого газу повітря відбувається реакція вивітрювання
і польові шпати руйнуються з утворенням водних алюмосилікатів (глин); слюди
(мусковіт, біотит, вермикуліт) легко розщеплюються на тонкі пластини, твердість
2–3; легко вивітрюються; густина 2,7…3,2 г/см3;
·
група залізисто-магнезіальних силікатів – темно забарвлені мінерали (авгіт, олівін, рогова обманка) –
колір темний, твердість 5,5…7,5; висока міцність при стиску, найвища ударна
міцність; густина 3,0…3,6 г/см3;
·
група сульфатів (гіпс, ангідрит, барит) – будова пластинчаста, зерниста; твердість 2…3,5; розчинні у воді;
міцність незначна; густина 2,2…3,0 г/см3, бариту 4,3…4,7 г/см3;
·
група карбонатів (кальцит, магнезит, доломіт) – твердість 3…4,5; густина 2,7…3,0
г/см3; легко розколюються.
На утворення гірських порід впливають внутрішні та зовнішні
процеси, що відбуваються у літосфері.
Внутрішні процеси:
·
тектонічні рухи (переміщення гірських порід);
·
вулканізм (явища, зумовлені діяльністю магми);
·
сейсмічні явища (землетруси);
·
метаморфізм (фізико-хімічні процеси зміни структури, мінерального,
хімічного складу під впливом високих температур, тиску, розчинів солей, газів).
Зовнішні процеси:
·
вивітрювання
фізичне (руйнівна дія температури, морозу,
кристалізація солей у капілярах), хімічне
(руйнування, яке супроводжується зміною хімічного складу), органічне (руйнування, що відбувається внаслідок життєдіяльності
організмів та рослин);
·
дія вітру
(еолові процеси) – видування часточок,
обточування їх, перенесення та відкладення;
·
діяльність
плинних вод – ерозійне розмивання порід,
перенесення і відкладання осадів;
·
діяльність моря – ерозійне розмивання порід, перенесення і відкладання осадів;
·
діяльність
льодовиків – перенесення маси уламків гірських
порід.
Гірські породи за походженням поділяються на три великі групи
[1] (рис.2.1): вивержені (їх ще
називають первинними або магматичними), що утворилися внаслідок охолодження та
затвердіння магми; осадові (або
вторинні), що виникли у верхніх шарах внаслідок руйнування первинних порід або
відмирання решток органічного світу; метаморфічні
(видозмінені) утворені з вивержених або осадових порід внаслідок перекристалізації та зміни структури.
Рис. 2.1. Класифікація гірських порід за походженням
Вивержені гірські породи, залежно від умов утворення,
поділяються на масивні та уламкові. Масивні породи утворилися внаслідок
охолодження магми в надрах Землі і називаються глибинними (інтрузивними)
породами, або біля її поверхні – це вилиті
породи (ефузивні).
Глибинні породи (до них відносяться граніт, сієніт, діорит, лабрадорит, габро)
мають зернисто-кристалічну будову, щільні (пористість
до 1,5%), густина 2,6…3,0 г/см3; міцні (при стиску 100…350 МПа),
досить стійкі щодо вивітрювання, морозостійкі, добре поліруються, обтесуються,
шліфуються. Застосовують ці гірські породи у вигляді бутового каменю, щебеню, для
зовнішніх та внутрішніх оздоблювальних робіт, виготовляють сходи, плити для
підлог та доріг, бордюрний камінь.
Вилиті породи (стародавні –
порфіри, діабаз та нові – трахіт, андезит, базальт) мають порфіроподібну
структуру, тобто окремі кристали вкраплені у дрібнокристалічну або склоподібну
масу; якщо при виливанні магми відбувалось активне газовиділення, то породи
ставали пористими. Властивості цих каменів близькі до характеристик глибинних
порід. Застосовують для покриття доріг та як сировину для кам’яного литва
(діабаз, базальт), заповнювачі для бетону, облицювальні кислотостійкі плити (андезит).
Уламкові породи (їх ще називають вулканічними) утворилися як продукти перевідкладів і цементації сипких матеріалів, викинутих
вулканами. Вони бувають сипкими (вулканічний попіл та пісок) або
зцементованими (вулканічний туф,
траси, туфова лава). Міцність таких матеріалів незначна, висока пористість,
через що невисока середня густина 0,5…1,4 г/см3 і мала теплопровідність. Застосовують ці
гірські породи як заповнювачі для легких бетонів, як теплоізоляційні матеріали,
стінові матеріали для малоповерхового будівництва.
Осадові (вторинні) гірські породи поділяються на 3 групи: механічні відклади (сипкі та зцементовані), утворені внаслідок
вивітрювання, дії плинних вод та льодовиків;
хімічні осади (сульфатні чи карбонатні); органогенні відклади рослинного і тваринного походження. Особливістю
осадових порід є їх шарувата (пластова) будова, це результат поступового осаду продуктів розкладу.
Застосовують для виготовлення в’яжучих речовин (гіпс, вапняк, крейда, глина,
мергелі, ангідрит), легких стінових матеріалів (діатоміт, опока, вапняк-черепашник),
гончарних виробів (глина), скла (пісок), крупні зерна з міцних та твердих порід
– як бутовий камінь для фундаментів, дорожнього будівництва, облицювання, як
заповнювачі до бетонів.
Метаморфічні породи утворилися з магматичних
(гнейси) та осадових (глинисті сланці, мармур, кварцити) гірських порід. За властивостями
нагадують аналогів, з яких утворилися. Гнейси застосовують для вкладання
фундаментів, бутової кладки, дорожнього мощення. Мармур – прекрасний
облицювальний матеріал, навіть мармурова крихта застосовується для мозаїчних
підлог, декоративних бетонів. Кварцити, маючи високу твердість,
кислотостійкість, міцність при стиску
100…500 МПа, застосовуються у особливо відповідальних частинах
конструкцій; для облицювання.
У підручнику [1] наведено рекомендовані галузі використання природних каменів у
будівництві:
Запитання для самоконтролю:
1. Що називають природними кам’яними
матеріалами?
2. Що називають гірськими породами?
3. Що називають мінералами?
4. Які внутрішні процеси вплинули на
утворення гірських порід?
5. Які зовнішні процеси вплинули на
утворення гірських порід?
6. На які групи поділяють гірські породи
за походженням?
7. Наведіть приклади і охарактеризуйте
вивержені гірські породи.
8. Де застосовують граніт?
9. Наведіть приклади і охарактеризуйте
осадові гірські породи.
10. Де застосовують пісок?
11. Наведіть приклади і охарактеризуйте метаморфічні гірські
породи.
12. Де найчастіше застосовують мармур?