Природные каменные материалы

Природные строительные материалы, получаемые в результате относительно несложной механической обработки монолитных горных пород с сохранением их физико-механических и технологических свойств, используются в виде плит, блоков, бортовых и облицовочных камней, дорожной брусчатки, бутового камня, щебня, дробленого песка и т. д. В огромных количествах используются также естественные рыхлые породы: валуны, гравий, песок, глина и др. Кроме того, горные породы являются важнейшими сырьевыми продуктами при получении искусственных строительных материалов (строительной керамики, огнеупоров, стекла, цемента, извести и др.). Для чего они подвергаются сложным видам механической и химической переработки.

Широкое использование природного сырья связано с наличием благоприятных физико-химических свойств многочисленных пород. Уже в ранний период своего существования человек обнаружил на поверхности земли и в ее недрах множество природных материалов, которые полностью удовлетворяли его сравнительно ограниченные потребности. На последующих стадиях развития человеческого общества появляются повышенные требования к качеству строительного камня и одновременно усложняются способы обработки и переработки природного сырья для получения материалов иного качества и свойств, например превращения обычной глины в камень при ее обжиге и получения стабильных свойств готового продукта.

Горными породами называются простые и сложные природные минеральные агрегаты, которые занимают значительные участки земной коры и отличаются большим или меньшим постоянством химического и минерального состава, структуры, а также определенными условиями залегания. Они слагают поверхностные слои земной коры мощностью около 15 ... 60 км и образуют естественные скопления ценного минерального сырья.

Для производства строительных материалов и изделий горные породы добываются из поверхностных слоев земной коры, в состав которой входят все химические элементы: кислород — до 47%, кремний — до 26%; алюминий и железо составляют соответственно 8 и 5%, суммарное количество кальция, магния, натрия и калия не превышает 11% от общей массы горных пород. Остальные элементы составляют приблизительно 3% по массе от состава земной коры. В чистом виде химические элементы встречаются в ней редко; подавляющее большинство их находится в виде соединений с однородными химическим составом, структурой и свойствами, которые называются минералами. Содержащиеся в составе горных пород минералы разделяются на породообразующие и второстепенные. Первые, примерно 40... 50 минералов, участвуют в образовании горных пород и обусловливают их свойства; второстепенные встречаются в них только в виде примесей.

Среди породообразующих выделяются первичные и вторичные. Первичные возникли при формировании пород, вторичные — позднее как продукты видоизменения первичных минералов.

Природные минералы находятся в основном в твердом состоянии и имеют преимущественно кристаллическое строение с закономерным расположением частиц (ионов, атомов, молекул) в пространстве. Реже они встречаются в виде аморфных веществ с беспорядочным пространственным расположением частиц.

Минералы обладают рядом характерных свойств, оказывающих большое влияние на технические свойства пород, среди которых следует особо выделить твердость, спайность, излом, блеск, окраску, плотность. Эти свойства зависят от строения и прочности связей в кристаллической решетке.

Твердость характеризует поверхностную энергию минерала. Она оценивается по шкале Мооса, которая состоит из десяти минералов, расположенных в порядке возрастания их твердости: тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, полевой шпат, кварц, топаз, корунд и алмаз. Определение твердости производится пробой на царапанье и выражается порядковым числом соответствующего эталона в шкале, оставляющего царапину на испытуемом образце. Более точную оценку твердости получают специальными склерометрическими приборами. Показатель твердости материала имеет большое практическое значение, так как косвенно позволяет судить о механических свойствах природного камня.

Спайность проявляется в виде способности минералов раскалываться по определенным направлениям с образованием гладких зеркальных поверхностей-плоскостей спайности. Минералы имеют различную спайность: одни легко расщепляются на тончайшие пластинки в одном или нескольких направлениях, у других она проявляется плохо или совсем отсутствует. Спайность служит важным Диагностическим признаком минералов и вместе с показателями твердости помогает предварительной оценке механических свойств природных материалов. Излом является характеристикой неровной поверхности раскола минерала, прошедшего не по направлениям спайности. Среди разнообразных видов излома выделяются ровный, ступенчатый, неровный, раковистый, занозистый, землистый. Они позволяют не только диагностировать, но и оценивать свойства минералов. Окраска — важный диагностический признак минералов, так как для большинства их она сохраняется постоянной и вместе с тем имеет определяющее значение для декоративной характеристики природного камня. Окраска обусловлена присутствием красящих элементов (хромофор) в составе минерала, в частности Сг, Mn, Fe и др., или посторонних тонкоокрашенных примесей, иногда газовых пузырьков. Возможно также появление ложной окраски, вызываемой интерференцией световых лучей при их отражении от внутренних плоскостей трещин спайности. Блеск возникает в результате отражения световых лучей от поверхности минерала и имеет важное диагностическое значение. Одновременно он является характеристикой декоративных или ювелирных достоинств минерала. Блеск появляется под влиянием двух факторов: показателя преломления светового луча при прохождении в кристаллической среде минерала и коэффициента его поглощения данной средой. При наибольшем показателе преломления у прозрачных минералов возникает очень сильный алмазный (неметаллический) блеск. Вещества с небольшим показателем преломления (например, сернистые минералы) обычно непрозрачны и характеризуются металлическим блеском. В зависимости от величины показателя преломления и характера отражающей поверхности минералы приобретают стеклянный, перламутровый, жирный, шелковистый, матовый и другие виды блеска, которые учитываются при отборе минерального сырья для практических целей. В природе количественно преобладают минералы со стеклянным блеском, имеющие средние показатели преломления 1,3... 1,9. Плотность (истинная) колеблется у минералов от значений, меньших единицы (озокерит), до 20 и выше (осмистый иридий). Она зависит от химического состава и структуры, атомной массы элементов, их ионных радиусов и валентности. Числовые значения плотности помимо диагностических характеристик имеют практическую ценность при оценке качества минерального сырья и используются при его обогащении. Наибольшее распространение в природе имеют минералы с малой (от 2 до 4) плотностью.

Приводимое ниже описание наиболее распространенных и важных в породообразующем отношении минералов предусматривает характеристику представителей классов силикатов, оксидов и гид-роксидов, карбонатов, сульфатов, сульфидов и самородных минералов.

Силикаты являются солями различных кремниевых кислот и относятся к сложным химическим соединениям, содержащим в своем составе элементы К. Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Al, Si, О, Н и др. Однако для них более характерным является не химический состав, а особенности кристаллического строения с наличием ионной кристаллической решетки. Основной структурной единицей этой решетки является кремнекислородный тетраэдр, размеры которого почти всегда строго постоянны.

Класс силикатов объединяет представителей с разнообразными свойствами, которые отражают различный характер сочленения этих структурных единиц в кристаллической решетке и появление изолированных, цепочечных, ленточных, слоистых, каркасных силикатов. Характерной особенностью кремнекислородных тетраэдров является способность иона Si частично заменяться ионом AI с появлением в кристаллической решетке других алюмокислородных тетраэдров и образованием каркасных алюмосиликатов. К наиболее важным представителям этого класса относятся полевые шпаты, плагиоклазы, нефелин, роговая обманка, авгит, слюды, гидрослюды, а также вторичные силикаты — тальк, асбест, каолинит, монтмориллонит.

Полевые шпаты по химическому составу представляют собой каркасные алюмосиликаты калия, натрия, кальция и разделяются на натриево-кальциевые (плагиоклазы) и калиево-натриевые полевые шпаты. Их характерной особенностью является способность образовывать изоморфные, т. е. близкие по составу и строению, соединения. Они имеют светлую окраску, стеклянный блеск, высокую твердость (6.. .6,5} по шкале Мооса, совершенную спайность в двух направлениях и плотность от 2,5 до 2,7. Наиболее распространенными полевыми шпатами являются близкие по строению и свойствам, одинаковые по составу микроклин и ортоклаз, отличающиеся между собой интенсивностью розовой окраски. Они могут замещать друг друга в породах или же присутствуют одновременно. На поверхности земли, под влиянием кислорода,воды, углекислого газа и др., они постепенно выветриваются и превращаются в глинистые минералы. Являясь породообразующими компонентами, полевые шпаты увеличивают твердость и прочность пород, поэтому полевошпатовые разновидности последних охотно используются в строительстве и в промышленности строительных материалов (стекольная, керамическая и др.). Высокосортные залежи полевых шпатов имеются в Карелии, на Украине, Урале, в Сибири.

Плагиоклазы — изоморфные смеси минералов альбита и анортита. В природе существуют многочисленные разновидности непрерывно меняющегося ряда плагиоклазов— от чистого анортита до чистого альбита, причем чем выше содержание анортита в составе плагиоклаза, тем выше степень его основности. Так, при содержании в составе плагиоклаза от 0 до 30% анортита он является кислым плагиоклазом, от 30 до 60% —средним и от 60 до 100% —основным. Плагиоклазы белого или серовато-белого, реже серого и черного цвета со стеклянным блеском и характерной для них иризацией в синих и зеленоватых тонах. Отличаются высокой твердостью (6... 6,5), хрупкостью и плотностью в пределах 2,61 ...2,76, совершенной спайностью. Аналогично полевым шпатам, плагиоклазы неустойчивы к химическому выветриванию на поверхности земли и переходят в глинистые соединения. Применяются в качестве особо ценного декоративного и облицовочного материала (Лабрадор). Их месторождения известны на Украине и Урале.

К числу каркасных алюмосиликатов, обедненных кремнеземом, относится нефелин, который входит как порообразующий минерал в щелочные магматические породы (нефелиновые сиениты, нефелиниты и др.). Нефелин — бесцветный или чаще серовато-белый минерал с разнообразными оттенками, отличается твердостью в пределах 5 ... 6 и невысокой плотностью (2,6), несовершенной спайностью, неровным или раковистым изломом. Легко выветривается на поверхности земли, превращаясь в каолинит, и вторичные образования карбонатного, сульфатного состава и др. В контактах с богатейшими апатитовыми месторождениями нефелиновые породы нередко образуют крупные массивы, имеющие промышленное значение и используются при производстве цемента, стекла; из нефелиновых отходов с помощью обогащения получают глинозем, соду, силикагель, ультрамарин и др. Месторождения этих пород известны на Кольском полуострове (Хибины).

К ленточным силикатам (амфиболам) относится роговая обманка— важный породообразующий компонент магматических и метаморфических пород. В ее состав входят элементы Na, Ca, Mg, Fe, Al, Si, О, Н, образуя сложную химическую формулу. Роговая обманка окрашена в темно-бурые, зеленые и черные цвета с шелковистым или стеклянным блеском. Имеет высокую твердость от 5,5 до 6 и плотность в пределах 3,1... 3,36, характеризуется совершенной спайностью и занозистым изломом. Она отличается высокой вязкостью и большой прочностью, поэтому присутствие ее всегда сообщает породам повышенные прочность и ударную вязкость. Наиболее известные месторождения роговой обманки имеются на Урале.

Авгит—магнезиально-железистый силикат — относится к цепочечным силикатам (пироксены) и является важным породообразующим минералом основных магматических пород. Обычно окрашен в темно-зеленый, черно-бурый или черный цвет со стеклянным блеском. Имеет твердость 5... 6 и плотность в пределах 3,2 ... 3,6, совершенную спайность, повышенные вязкость и прочность. Присутствие авгита в породах сообщает им высокую сопротивляемость механическим воздействиям. Встречается на Урале.

В группу слоистых силикатов входят многочисленные представители со слоистым, листоватым или чешуйчатым строением. Наиболее распространены в породах слюды (особенно биотит и мусковит), гидрослюды, в частности вермикулит, а также тальк, асбест, каолинит, монтмориллонит.

Слюды относятся к группе алюмосиликатов и как породообразующие компоненты входят в состав магматических и некоторых метаморфических пород. Физические свойства слюд близки: они способны легко расщепляться на очень тонкие, гибкие и упругие пластинки. Выделяются две разновидности слюд, отличающихся по химическому составу: мусковит и биотит.

Мусковит — белая слюда встречается в магматических и метаморфических породах. Имеет перламутровый блеск, весьма совершенную спайность в одном направлении, благодаря чему легко расщепляется на тонкие и прозрачные упругие листочки, невысокую твердость (2 ... 3) и плотность в пределах 2,8... 3,1. Мусковит относительно стоек химически и при выветривании обычно переходит в россыпи без заметного изменения. Используется как отличный электроизоляционный материал, а в строительстве — в виде слюдяного порошка (скарпа), как посыпочный материал при изготовлении кровельных материалов (рубероида), огнеупорных красок, керамических изделий и т. п. Достаточно крупные месторождения мусковита имеются на Кольском полуострове, Украине, Среднем Урале, в Восточной Сибири.

Биотит — черная или бурого цвета железисто-магнезиальная слюда широко распространена в кислых магматических и метаморфических породах. Имеет небольшую твердость (2...3), весьма совершенную спайность в одном направлении, легко расщепляется на тончайшие упругие пластинки. В природе образует преимущественно пластинчато-чешуйчатые и зернистые скопления, является химически нестойким минералом. Месторождения биотита известны на Урале, в Забайкалье и др.

Гидрослюды — слюдоподобные минералы, содержащие значительное количество связанных молекул между слоистыми пакетами, образованными кремнекислородными тетраэдрами в кристаллической решетке, которые сравнительно легко удаляются при нагревании. Гидрослюды являются результатом выветривания мусковита, биотита и других минералов группы слюд и рассматриваются как промежуточные соединения между слюдами и глинистыми минералами слоистой структуры. Химический состав гидрослюд непостоянный, так как изменяется количественное содержание катионов, связывающих упомянутые выше слоистые пакеты и межпакетной воды. Среди этих минералов наибольшее практическое значение имеет вермикулит золотистого или коричневого цвета. Он имеет низкую твердость (1 ... 1,5) и плотность {2,4 ... 2,7), совершенную спайность и способен разделяться на тонкие гибкие неупругие пластинки. При прокаливании, в интервале температур от 900 до 1100, его молекулярная вода превращается в пар с образованием внутреннего давления, под влиянием которого происходит расслоение слоистых пакетов и разделение их на червеобразные столбики или нити с поперечным делением на тончайшие чешуйки. Образование огромного количества воздушных прослоек в кристаллической решетке сопровождается сильным (в 15... 25 раз) увеличением объема вспученного вермикулита и уменьшением его средней плотности до 100 ... 300. Вермикулит является хорошим теплоизоляционным и звукопоглощающим материалом. Крупные месторождения его находятся на Украине, Урале и Кольском полуострове.

К группе вторичных слоистых силикатов относятся довольно широко распространенные в природе тальк, асбест, каолинит и монтмориллонит.

Тальк образуется при изменении магнезиальных силикатов и алюмосиликатов природными горячими растворами и является породообразующим минералом тальковых сланцев. Окрашен в белый или бледно-зеленый цвет, имеет стеклянный блеск с перламутровым отливом, очень низкую твердость (меньше 1), плотность (2,7... 2,8), весьма-совершенную спайность и легко расщепляется на гладкие неупругие пластинки, жирен на ощупь. Тальк находит применение в порошкообразном виде в качестве наполнителей в производстве пластмасс, паст, глазурей и кислотоупорных изделий. Камневидный тальк используется для огнеупорной футеровки. Промышленные месторождения его известны на Урале.

Асбест встречается в виде нескольких разновидностей, но наибольшее применение для практических целей имеет хризотил-асбест. Для асбеста характерна параллельно-тонковолокнистая структура с длиной волокон, колеблющейся от десятых долей миллиметра до 20 ...25 мм, иногда до 50... 150 мм. Он имеет зеленовато-желтый, а в распушенном состоянии снежно-белый цвет, невысокую твердость (2...3) и способен расщепляться на прочные волоконца толщиной меньше 0,0001 мм. Отличается высокой огнестойкостью и щелочеупорностью, плохо проводит теплоту и электричество.

Хризотил-асбест образуется из ультраосновных оливиновых, а также карбонатных пород под влиянием природных горячих растворов. Наиболее ценным сортом считается длинноволокнистый асбест с длиной волокон более 8 мм, используемый при производстве несгораемых тканей, автомобильных тормозных лент, асбесторезиновых изделий и др. Для изготовления асбестоцементных изделий, теплоизоляционных труб, панелей и т. п. применяется асбест с длиной волокон 2 ... 8 мм. Мелкое асбестовое волокно направляется для получения обмазочной теплоизоляции, огнестойких красок, штукатурных растворов и др. Значительные месторождения асбеста известны на Украине, Урале, в Забайкалье, Саянах.

Каолинит является главным минералом многих глинистых пород. Имеет совершенную спайность, легкую расщепляемость на тонкие неупругие чешуйки, весьма низкую твердость (меньше 1) и невысокую плотность — около 2,6. В природе он встречается в виде рыхлых чешуйчатых или плотных тонкозернистых агрегатов белого цвета с различными оттенками и матовым блеском. Каолинит образуется преимущественно путем выветривания алюмосиликатов (полевых шпатов, слюд и др.), содержащихся в породах под влиянием воды и углекислого газа, отличается достаточной устойчивостью на поверхности земли и, накапливаясь, образует мощные толщи глинистых пород. Основным потребителем каолиновых глин является керамическая промышленность. Они используются при производстве тонкой фарфоровой и фаянсовой керамики. Каолиновые наполнители широко применяются при производстве пластмасс, эмульгаторов, красителей и т. д.

Монтмориллонит отличается непостоянным химическим составом, который зависит от содержания воды в атмосфере. Подобно каолиниту распространен в природе. Он имеет подвижную кристаллическую решетку, вследствие чего приобретает способность к сильному набуханию в присутствии воды и увеличению ее размеров почти в 3 раза, а при нагревании — к постепенному высыханию и значительной усадке. Внешними признаками монтмориллонита являются незначительная твердость (меньше 1), белая окраска с разнообразными оттенками, матовый блеск (в сухом состоянии), совершенная спайность чешуек, непостоянная плотность и жирность на ощупь. Монтмориллонит образуется в условиях щелочной среды при разложении вулканических пеплов и туфов в морской воде. Он широко развит также на поверхности земли, преимущественно в районах выветривания основных магматических пород; отличается сравнительной устойчивостью к химическому выветриванию. Являясь составной частью глинистых пород, он сообщает им повышенные набухаемость и адсорбируемость. В чистом виде используется как адсорбент (отбеливатель), наполнитель, эмульгатор в резиновом, пластмассовом, керамическом и других производствах. Высококачественные месторождения монтмориллонитовых глин находятся на Кавказе, в Крыму, Приднепровье, Закарпатье.

Оксиды являются соединениями металлов и металлоидов с кислородом. Наиболее распространенным минералом этого класса является кварц, встречающийся в виде трех главных модификаций: а-кварц, тридимит и кристобалит. Основой его кристаллической структуры являются кремнекислородные тетраэдры, которые образуют прочную решетку каркасного типа, характерную для всех трех его модификаций. Образование кварца связано как с магматическими процессами в недрах земли, так и выпадением из холодных растворов на ее поверхности. Наиболее изученным является а-кварц, который называют просто кварцем. Он устойчив при температуре ниже 573°С. Тридимит устойчив в температурном интервале от 870 до 1470°С, а кристобалит — при температуре ниже 1713°С. Свойства этих модификаций зависят от неплотной упаковки ионов кислорода в кремнекислородных каркасах. При одном и том же способе сцепления кремнекислородных тетраэдров друг с другом через их вершины между тетраэдрами появляются пустотки, которые в низкотемпературном кварце обладают малыми размерами, а в высокотемпературных, более рыхло построенных тридимите и кристобалите, они крупнее. Поэтому .а-кварц значительно плотнее (2,65), чем тридимит (2,30) икристобалит (2,27), и тверже (7), чем последние (соответственно 6 и около 7 по шкале Мооса). В прямой зависимости от строения находятся и их оптические свойства. Чистый кварц — бесцветный минерал, но может приобретать различную окраску в зависимости от содержания механических примесей. Отличается высокой твердостью (7), несовершенной спайностью, раковистым изломом. Как породообразующий минерал кварц входит в магматические, осадочные и метаморфические породы. Он является химически стойким минералом и накапливается в виде мощных осадочных отложений (пески, песчаники). Повсеместное распространение кварца способствует широкому использованию его в стекольной и керамической промышленности, а в виде природного камня (кварцитов, песчаников)—в качестве стойкого облицовочного и конструкционного строительного материала. Кварц является хорошим абразивом, а также используется как сырье для производства оптических приборов, химической посуды и т. п.

В природе часто встречается гидратированный аморфный кремнезем— опал. Содержание воды в нем колеблется от 1 до 5% и иногда выше. В чистом виде он бесцветен, но при наличии примесей приобретает разные оттенки; имеет стеклянный, а упористых разновидностей матовый блеск, низкую плотность (1,9 ...2,5) и среднюю твердость (5 ...5,5). Сравнительно легко растворяется в щелочах, но в кислотах не разлагается. Условия образования его различны: осаждение из горячих растворов и гейзеров (кремнистые туфы),.выветривание ультраосновных магматических пород, коагуляция и седиментация золей кремнезема в морских бассейнах, накопление продуктов жизнедеятельности морских организмов и т. д. Осадочными опалсодержащими породами являются трепелы, диатомиты, опоки, мергели и др., применяемые как гидравлические добавки при производстве цемента, абразивов, а также для изготовления керамических изделий и легких блочных материалов.

Из группы оксидов и гидроксидов железа практическое значение имеют гематит и лимонит. Первый является кристаллическим, второй — аморфным минералами. Гематит (красный железняк) содержит до 50 ...65% железа. Кристаллический гематит железо-черного, а аморфный — ярко-красного цвета, имеет полуметаллический блеск, высокие твердость (5,5... 6), плотность (5... 5,2), неровный излом; хрупок. От других железистых минералов отличается по вишнево-красной черте, оставляемой на негла-зурованном фарфоре. Гематит — химически стойкий минерал, образует мощные месторождения железной руды, являющейся ценным сырьем для получения чугуна и стали. Порошкообразный гематит используется в качестве красок при отделочных строительных работах, входя в состав красного пигмента, мумии, или являясь компонентом масляных и водных красок. Известные месторождения гематитовых руд находятся на Украине, в районе Курской магнитной аномалии, на Северном Урале.

Лимонит (бурый железняк), представляет собой сложный минеральный агрегат гидроксидов железа и глинистых минералов1 с различными примесями, содержащий от 10 до 14% воды. Сложный и переменный состав лимонита отражается на его свойствах, в том числе на твердости (изменяется в пределах 1 ...4), широком интервале оттенков его бурой окраски и невысокой плотности (3,3 ...4). Образуется лимонит преимущественно на поверхности земли при окислении и разложении железосодержащих минералов, Большие скопления лимонита являются месторождениями бурых железняков — сырья для производства чугуна и стали. Их разработка экономична при содержании в этих рудах до 35 ...40% железа. Крупные месторождения их известны на Керченском полуострове, Урале.

Карбонаты являются солями угольной кислоты и широко распространены как породообразующие компоненты осадочных и метаморфических пород. Основой кристаллической структуры карбонатов служат плоские комплексные анионы, которые, связываясь друг с другом, могут образовывать цепочечные, слоистые или каркасные структуры. В кристаллических решетках они участвуют как самостоятельные элементы, не распадающиеся даже при растворении минерала. Наиболее распространенными являются кальцит, магнезит, доломит, натрит.

Кальцит — кристаллический минерал ромбоэдрической, пластинчатой формы, бесцветный или молочно-белой окраски с различными оттенками, стеклянным блеском, низкими твердостью (3) и плотностью (2,6 ... 2,8), совершенной спайностью по трем направлениям и ровным изломом. Кальцит слабо растворим в воде, но под влиянием углекислоты, часто содержащейся в воде (например, грунтовой), он переходит в бикарбонат кальция, который растворяется в воде примерно в 100 раз легче, чем сам кальцит. Поэтому породы, содержащие кальцит, быстро разрушаются при контакте с водой, насыщенной углекислотой. Кальцит легко распознается по реакции «вскипания» под действием разбавленной соляной кислоты, которая вызывается бурным выделением углекислого газа и служит простым приемом распознавания карбонатных пород. В природе кальцит встречается в виде кристаллических агрегатов, друз (сростков), натеков, но преимущественно распространен в виде мощных отложений известняков, мрамора и др. Условия его образования разнообразны и в основном связаны с накоплением известняковых илов— продуктов жизнедеятельности растительных и животных организмов в морских бассейнах (органогенные известняки), а также с отложением под влиянием коагуляции коллоидных растворов углекислой извести в виде тонких пленок на поверхности частиц, взвешенных в движущейся воде (химические известняки). Месторождения различных видов кальцита, а также разнообразных карбонатных пород — мела, мраморов — встречаются в Карелии, на Украине, в Донбассе, на Урале. Они являются ценным поделочным материалом, сырьем для производства цемента, извести, огнеупоров.

Магнезит по структуре и форме кристаллов сходен с кальцитом, но распространен в природе значительно реже. Окрашен в белый цвет с желтоватым или сероватым оттенком, имеет стеклянный блеск, среднюю твердость 4...4,5 и невысокую плотность 2,9... 3,0 , а также совершенную спайность по ромбоэдру. В отличие от кальцита при воздействии НСl реакции вскипания не обнаруживает. Образуется магнезит преимущественно под влиянием горячих магнезиальных растворов на известняки и при выветривании магнезиальных силикатов (серпентинитов). В природе встречается в виде сплошных мраморовидных (кристаллических) и плотных (аморфных) масс, которые имеют большое промышленное значение, особенно при производстве высокоогнеупорных изделий.

Доломит структурном отношении сходен с кальцитом. Окрашен в белый или серовато-желтый цвет со стеклянным блеском, имеет среднюю твердость (3,5 ...4), невысокую плотность (1,8 ...2,9), совершенную спайность и ступенчатый излом. Вскипает с холодной НСl только в порошке. Доломит широко распространен в природе как породообразующий компонент доломитов и доломитизированных известняков.

Натрит— бесцветный или окрашенный в белый цвет минерал со стеклянным блеском, небольшими твердостью (1 ... 1,5), плотностью (1,4 ... 1,5) и несовершенной спайностью. С НСl обнаруживает бурную реакцию вскипания. При нагревании растворяется в собственной кристаллизационной воде. Он образуется в некоторых соляных озерах, богатых натрием, при избытке растворенного углекислого газа. Применяется при производстве стекла, в металлургии и др. Обычно встречается в виде плотных и зернистых масс.

Сульфаты — соли серной кислоты, образующиеся в поверхностных условиях земли. Среди представителей этого класса имеется мало соединений, достаточно устойчивых в земной коре. Основой структуры сульфатов являются тетраэдрические анионные группы, которые, связываясь друг с другом с помощью различных катионов, молекул воды и др., образуют разнообразные островные, каркасные, цепочечные, слоистые структуры. Сульфаты характеризуются невысокой твердостью и прочностью, высокой спайностью, светлой окраской. Для строительных целей используют ангидрит, гипс, барит и мирабилит. Ангидрит встречается в виде сплошных зернистых масс и является кристаллическим минералом голубовато-белого цвета со стеклянным блеском, имеет невысокую твердость (З...3,5), плотность около 3, совершенную спайность и листоватый излом. Легко присоединяет в природных условиях воду, переходя в гипс с сильным (до 30%) увеличением объема. Является породообразующим компонентом в породах одноименного названия.

Гипс — кристаллический минерал, обычно слагающий в природе огромные мраморовидные скопления гипсовых пород. Он имеет белый цвет с разнообразными оттенками, малую твердость (1,5 ...2), низкую плотность (2,3), весьма совершенную спайность и листоватый излом, отличается хрупкостью. Растворим в воде (одна часть гипса на две части воды) с максимумом растворимости при температуре 37 ...38°С и понижением ее до минимума при 107°С и выше, что объясняется образованием нового соединения — полугидрата. В генетическом отношении гипс относится к типичным химическим осадкам и образуется в высыхающих участках моря. Вместе с ангидритом он широко используется для получения вяжущих веществ.

Барит (тяжелый шпат) — весьма распространенный после ангидрита минерал с таблитчатой формой кристаллов. Он образует грубозернистые плотные массы белого и серого цвета со стеклянным блеском, невысокой твердостью (2,5 ...3,5), совершенной спайностью, неровным изломом и характерной для него хрупкостью. Отличается слабым пропусканием активных лучей (y-лучи, рентгеновские и др.), вследствие чего используется для производства специальных бетонов. Образуется выпадением из горячих водных растворов, а также осаждением в виде нерастворимого сульфата бария в прибрежных участках моря. Барит применяется для производства специальных стекол, керамических эмалей, пластмасс, высокосортных красок.

Мирабилит содержит свыше 55% кристаллизационной воды, с которой связаны многие его свойства. Он образует бесцветные и прозрачные хрупкие кристаллы малой твердости (1,5 ...2) и низкой плотности (1,48) с совершенной спайностью. Легко растворяется в воде, но также легко ее отдает в условиях сухой среды, превращаясь в безводный белый порошок. Является минералом химического генезиса (залив Кара-Богаз-Гол). При температуре 32°С растворяется в собственной кристаллизационной воде, а при взаимодействии с НСl не обнаруживает реакции «вскипания», чем и отличается от похожей на него соды. Используется в стекольной, химической промышленности (сода, краски и др.).

Сульфиды являются соединениями серы с другими элементами, в том числе с железом. Кристаллическая решетка их построена ионами серы, в промежутках между которыми располагаются атомы или ионы металлов с ионной или ковалентной связью. Среди сульфидов следует отметить пирит, встречающийся в виде хорошо образованных кристаллов и больших зернистых скоплений — колчеданных залежей, а также вкрапленников в многочисленных породах и т. д. Цвет пирита в свежем изломе золотисто-желтый, блеск металлический; отличается высокой твердостью (6 ...6,5), средней плотностью (4,9 ... 5,2) и несовершенной спайностью. Он является самым распространенным сульфидом в земной коре и вместе с тем химически неустойчивым соединением на ее поверхности, где легко гидролизуется с образованием гидрооксидов и серной кислоты, которая способствует быстрому разрушению пород. Пиритовые руды служат сырьем для получения серной кислоты, причем побочный продукт этого производства, пиритовые огарки, используются в технологии производства портландцемента, а также для получения красок или в качестве железной руды.

Представителем этого же класса является киноварь HgS, хрупкий минерал красного цвета с сильным полуметаллическим блеском, невысокой твердостью (2 ...2,5). Она имеет высокую плотность (8,09 ...8,2), не проводит электричества. Киноварь образуется исключительно как низкотемпературный гидротермальный минерал, связанный с молодыми вулканическими районами, где она встречается в виде пластовых залежей и жил. На поверхности земли устойчива и поэтому накапливается в россыпях. Применяется для изготовления красочных составов, но главным образом служит сырьем для получения ртути.

Самородные минералы имеют практическое значение в виде шунгита, представляющего собой аморфный углерод С, образовавшийся в результате природного коксования угля при метаморфизме осадочных пород, содержащих пропластки органических остатков, в том числе каменного угля, битума и др. От графита отличается большими твердостью, равной 3 ... 4, плотностью и раковистым изломом. Шунгит инертен по отношению к агрессивным средам, электро - и теплопроводен; способен вспучиваться при температуре обжига 1100°С, образуя легкое пористое вещество. Входит в состав шунгитовых сланцев.

Горные породы являются плотными или рыхлыми агрегатами разнообразных минералов или обломков каких-либо пород. Они имеют относительно постоянный минеральный состав и специфическое внутреннее строение, определяемое структурными и текстурными особенностями. Под структурой понимают совокупность особенностей строения породы, которые обусловлены степенью ее кристалличности, формой и размерами зерен, а также соотношением составных частей минеральных компонентов и цемента. Текстура же характеризуется совокупностью признаков, определяемых взаимным расположением и распределением составных частей породы в занимаемом ею объеме. Она отображает особенности ее внешнего облика: слоистость, сланцеватость, пористость, массивность, расцветку (декоративность). Породы могут быть мономинеральными, т. е. состоять из зерен одного минерала, и полиминеральными, когда произошло срастание двух или нескольких минералов, различных по химическому составу и свойствам.

Все породы по происхождению разделяются на три типа:

• магматические (первичные), образование которых связано с остыванием магмы (силикатного расплава сложного состава) в различных термодинамических условиях земной коры, определяемых совокупностью воздействия высоких температуры и давления, а также концентрацией минеральных компонентов, содержащихся в расплаве

• осадочные (вторичные) породы, сформированные на поверхности земли, в условиях низкой температуры и атмосферного давления. Они являются результатом накопления продуктов разрушения других, ранее образованных пород, выпадения различных химических образований из водной среды и накопления продуктов жизнедеятельности растительных и животных организмов на суше и в воде

• метаморфические (измененные) породы, образовавшиеся из осадочных и магматических пород путем полного или частичного их преобразования под влиянием высоких температуры и давления, горячих минерализованных растворов и раскаленных газов, циркулирующих в земной коре, и др. Ниже приводится описание генетических типов пород.

Магматические породы образовались в результате застывания магмы. Процесс их образования состоит в постепенной кристаллизации последней с последовательным выделением твердых минеральных компонентов при ее остывании до полного перехода в твердое состояние. При этом имеют огромное значение величины давлений, температура и содержание в ней минерализаторов — паров воды, углекислоты и др.

В зависимости от условий образования магматические породы разделяются на глубинные (интрузивные), излившиеся (эффузивные) и полуглубинные (гипабиссальные). Глубинные породы образуются на больших глубинах в условиях высоких температуры и давления, медленного и равномерного остывания магмы. Оно завершается формированием разновидностей с полнокристаллической структурой, массивной текстурой и равномерным распределением минеральных составных частей в массе породы, любые участки которой одинаковы по составу и структуре. Излившиеся породы появляются на поверхности земли в условиях низкой температуры и атмосферного давления при быстрой отдаче теплоты и быстром выделении газообразных веществ из лавы с образованием в ней многочисленных пор, сохраняющихся и после затвердевания. Поэтому они отличаются неполнокристаллической структурой с обилием аморфного стекла, неоднородной текстурой и чередованием в ее объеме участков с неодинаковыми составом и структурой. Полуглубинные породы образуются на некоторой глубине от поверхности земли при изменяющемся режиме понижения температуры, в результате чего из магмы выделяются разноразмерные кристаллы одного и того же минерала: крупные, образовавшиеся в первую, и мелкие, появившиеся во вторую фазы кристаллизации. Структуры этих пород отличаются разнозернистостью и называются порфировидными.

В составе магматических пород существенное значение имеют оксиды SiO2; А12О3; FeO; MgO; CaO; Na2O; K2O; H2O и особенно первый, являющийся надежной характеристикой их химического состава. В зависимости от количественного содержания кремнезема все магматические породы разделяются на: ультракислые — свыше 75%; кислые — от 65 до 75%; средние — от 52 до 65%, основные — от 40 до 52% и ультраосновные— менее 40% кремнезема. С уменьшением его содержания возрастает плотность и темнеет окраска магматических пород, так как в их составе увеличивается количество более тяжелых железисто-магнезиальных силикатов. Главнейшими минералами магматических пород являются кварц, полевые шпаты, плагиоклазы, нефелин, слюды, авгит, роговая обманка и др. Калиевые полевые шпаты и кислые плагиоклазы, кварц и слюды встречаются преимущественно в кислых породах; средние плагиоклазы и роговая обманка — в средних, а основные плагиоклазы и авгит — в основных породах. Формы залегания магматических пород разнообразны. Глубинные породы залегают в виде батолитов - огромных (до 160 000 км2) массивов неправильной формы; штоков— массивов изометричной формы; отличающихся от батолитов меньшими (до 100 км2) размерами; лакколитов— грибообразных тел, соединяющихся подводящими каналами с очагами магмы и жил — плитообразных тел, образованных внедрением магмы в трещины пород. Типичными формами излившихся пород являются потоки, покровы и купола (конусы). Потоки представляют собой плоские тела, вытянутые в направлении движения жидких лав. Покровы в отличие от потоков имеют равновеликие длину и ширину и образуются при массовых трещинных излияниях лав на больших площадях. Купола представляют собой конусообразные массы излившихся пород, приуроченных к месту поверхностного излияния. Остывание магматических массивов сопровождается значительным сокращением их объема с появлением многочисленных, закономерно расположенных трещин, разбивающих массив на отдельные блоки различной величины и формы— отдельности. Установление направления трещин отдельности имеет большое практическое значение при разработке магматических пород: оно облегчает их добычу, упрощает механическую разделку пород и вместе с тем эти трещины в известной степени ограничивают возможность использования их трещиноватых разновидностей в строительных целях, так как они становятся досадными дефектами изготовляемой штучной продукции.

Глубинные породы имеют высокие показатели прочности, средней плотности, а также незначительную пористость, с которой связаны весьма низкое водопоглощение, высокие теплопроводность и морозостойкость. Из этой группы рассматриваются граниты, сиениты, диориты, габбро, перидотиты и пироксениты, расположенные в приведенном порядке по мере уменьшения в них кремнезема.

Граниты — широко распространенные в природе кислые породы, содержащие 65 ... 75% SiO2. В их состав входят калиевый полевой шпат (ортоклаз, микроклин) или кислый плагиоклаз в количестве от 40 до 60%, кварц от 20 до 40% и темноцветные минералы (биотит, роговая обманка) от 5 до 20%, которые сообщают светло-серую, мясо-красную окраску этим породам. При большом количестве кварца граниты приобретают высокие твердость и хрупкость, а с увеличением содержания роговой обманки становятся более вязкими, однако легче выветриваются, особенно при наличии трещин. Присутствие пирита, большое количество слюды, отсутствие роговой обманки и помутнение окраски полевых шпатов являются нежелательными признаками при оценке гранитов. Для них характерны зернистая структура и массивная текстура. Мелкозернистые разновидности отличаются более высокими плотностью и прочностью и меньше подвержены процессам выветривания. Они являются малопористыми породами с содержанием пор от 1 до 1,5% и низким водопоглощением около 0,5% по объему; отличаются высокими морозостойкостью и сопротивляемостью истиранию; сравнительно легко поддаются механической обработке (разделке на изделия, шлифованию и полировке), хотя последняя с повышением содержания слюды затрудняется. Граниты недостаточно огнестойки: при нагревании до 900 С и выше они резко снижают прочность в связи с полиморфными превращениями кварца. Граниты находят самое широкое применение в строительстве. Крупные месторождения их известны на Кольском полуострове, в Карелии, Урале, Алтае, в Прибайкалье и т. д.

Сиениты — средние породы, содержащие до 65% SiO2. В отличие от гранитов, в них отсутствует свободный кварц. Сиениты содержат до 50... 70% кислых полевых шпатов (чаще ортоклаз) и около 25% цветных минералов (роговая обманка и биотит). Из-за отсутствия кварца они являются более мягкими и одновременно более вязкими породами вследствие значительного содержания роговой обманки. Сиениты окрашены обычно в светлые серые, розоватые или зеленоватые тона, имеют среднезернистую структуру и массивную однородную текстуру. Сиениты встречаются реже, что снижает их значение как строительного камня.

Диориты являются средними (62...65% SiO2;) породами, состоящими из средних плагиоклазов (до 75%) и роговой обманки (25%), наряду с которой могут присутствовать авгит, биотит. Окраска диоритов темно-серая, темно-зеленая до черной. Они характеризуются полнокристаллической равномерно-зернистой структурой и массивной текстурой, высокой прочностью при сжатии (180 ...250 МПа), большими плотностью и средней плотностью, повышенной ударной вязкостью и достаточной устойчивостью к выветриванию, хорошей полируемостью. Эти свойства позволяют использовать диориты в качестве материалов, противодействующих различным вибрационным воздействиям (подпорные камни, фундаменты мостовых сооружений и др.), а также применять как ценный декоративный материал.

Габбро — основные породы, содержащие от 40 до 52% SiO2. Из них наиболее распространенными являются массивные полнокристаллические породы серого, темно-серого и темно-зеленого цветов, сложенные примерно равными количествами основного плагиоклаза и диаллага (разновидности авгита). Разновидности габбро, состоящие почти из одного основного плагиоклаза Лабрадора (более 85%), называются лабрадоритами, имеющими серую и черную окраску с красивыми переливами в синих и зеленых тонах за счет иризации (отражения световых лучей от внутренних плоскостей спайности этого минерала) и благодаря этому являются ценным декоративным и облицовочным материалом. Габбро — тяжелые породы с почти одинаковыми истинной плотностью и средней плотностью, отличающиеся высокой вязкостью, которая затрудняет их обработку. Месторождения габбро широко распространены в Карелии, на Кольском полуострове, Украине, в Средней Азии и др.

Перидотиты и пироксениты — ультраосновные бесполевошпатовые полнокристаллические породы, содержащие менее 40% SiO2 и сходные по своим свойствам. Постоянными минеральными компонентами перидотитов являются оливин (30... 70%), авгит и гиперстен, а пироксениты состоят почти целиком из последних. Обе породы часто содержат примеси рудных минералов, повышающих их среднюю плотность. Отличаются крупно- и среднезернистой структурой и массивной текстурой. Высокая твердость этих пород затрудняет разработку месторождений, а высокая вязкость осложняет их обработку, вследствие чего они применяются в качестве материалов особого назначения в специальных гидротехнических и других сооружениях, для устройства внутренних интерьеров гражданских зданий, а также как поделочный и художественный материалы.

Излившиеся породы являются аналогами глубинных по составу, но сильно отличаются от них по структурным и текстурным особенностям. Наличие неполнокристаллической и стекловатой структур, а также немассивной часто пористой текстуры неблагоприятно отражается на стойкости их к выветриванию и стабильности прочностных показателей. Однако среди них обнаруживается немало плотных и прочных разновидностей, широко применяемых в строительстве. Из их числа рассматриваются кварцевые порфиры и липариты; бескварцевые порфиры (ортофиры) и трахиты; порфириты и андезиты; диабазы и базальты, расположенные в приведенном порядке по тому же признаку уменьшения кремнезема, что и в группе глубинных пород.

Кварцевые порфиры и липариты — излившиеся аналоги гранитов. Кварцевые порфиры относятся к древним, а липариты—к нововулканическим породам. От гранитов они отличаются порфировой структурой с наличием в мелкозернистой или стекловатой массе породы вкрупленников — крупных кристаллов кислого полевого шпата и реже кварца. Цветные силикаты наблюдаются в виде мелких чешуек биотита или тонких иголочек роговой обманки. Кварцевые порфиры окрашены в красновато-бурые тона и являются плотными породами. Предел прочности при сжатии изменяется у них в зависимости от содержания кварца и вулканического стекла, значительно повышаясь при увеличении первого и одновременном снижении второго в массе породы. От количества, размеров и степени разрушения вкрапленников зависит пористость пород, с которой связаны величина их водопоглощения и морозостойкость. Липариты — более легкие и пористые по сравнению с кварцевыми порфирами породы белого, светло-серого цвета, содержащие небольшие вкрапленники кислого полевого шпата и среднего плагиоклаза, а также повышенное количество нераскристаллизованного вулканического стекла. В свежем состоянии обе эти породы применяются для изготовления тесаного камня, бута, щебня и др. Декоративный вид и способность полироваться позволяют применять некоторые разновидности липаритов наравне с гранитами для отделочных работ. Месторождения этих пород имеются на Кавказе (Армения), Урале, в Средней Азии, а также в Казахстане.

Бескварцевые порфиры (ортофиры) и трахиты являются соответственно древними и молодыми излившимися аналогами сиенитов. У ортофиров сильно изменен минеральный состав с появлением в нем вторичных минералов: каолинита, карбонатов, хлоритов и др., которые уплотняют породу, заполняя ее пустоты, и способствуют образованию вторичной микрозернистой структуры. Бескварцевые порфиры окрашены в серовато-зеленый или красновато-бурый цвета. Трахиты — пористые и сильношероховатые породы белой, серой, желтоватой окраски с ясно выраженной порфировой структурой. Соотношение вкрапленников (кислый полевой шпат) и вулканического стекла в породе сильно варьируется: встречаются плотные зернистые разновидности со средней плотностью от 2200 до 2600 и вместе с тем сильнопористые, напоминающие пемзу. Высокая пористость трахитов способствует их быстрому выветриванию. Они менее прочны, быстро истираются и маломорозостойки. Предел прочности обеих пород невысок и составляет 60 ...70 МПа. Их используют для изготовления бута, щебня, колотой и тесаной шашки, а также как кислотоупорные материалы. Красивые разновидности ортофиров применяются для отделочных работ (алтайские ортофиры). Эти породы хорошо поддаются обработке, но не полируются и быстро истираются.

Порфириты и андезиты — плагиоклазовые излившиеся аналоги диоритов, соответственно древне- и нововулканического возраста. Отличаются пористой текстурой и порфировой структурой с вкрапленниками плагиоклазов или роговой обманки. Порфириты отличаются повышенной выветрелостью и наличием вторичных силикатов— серицита, хлорита и др. Заполняя поры пород, они окрашивают их в сероватые и зеленоватые тона, вследствие чего порфириты называют зеленокаменными породами. Свежие порфириты являются плотными породами со средней плотностью до 2500... 3000 и пределом прочности при сжатии 160...250 МПа. Андезиты—менее выветрившиеся серые, желтовато-серые или буроватые пористые породы, сложенные авгитом или роговой обманкой и средним плагиоклазом — андезином, которые встречаются в виде вкрапленников в основной массе плотной или пористой мелкозернистой породы. Порфириты и андезиты достаточно плотные (2700... 3100) и прочные породы, с пределом прочности при сжатии от 140 до 250 МПа, который показывает широкий разброс ее значений в зависимости от их пористости. Высокие показатели прочности относятся главным образом к плотным роговообманковым и авгит-содержащим разновидностям андезитов. Обе породы используются как дорожный камень; пористые легкие разновидности андезитов идут на изготовление стенового материала, из плотных же андезитов получают кислотостойкие материалы. Красивые разновидности порфиритов применяются для отделочных работ. Порфириты распространены на Кавказе, Урале, в Средней Азии, на Алтае, Дальнем Востоке, а андезиты — на Украине, Кавказе, в Восточной Сибири.

Диабазы и базальты — излившиеся древне - и нововулканические аналоги габбро, отличающиеся от него своими структурными и текстурными особенностями. Диабазы имеют скрытокри-сталлическую структуру, характерную тем, что промежутки между переплетенными кристаллами основного плагиоклаза (Лабрадора) заполнены мелкозернистой авгитовой массой. Они окрашены в зеленые и зеленовато-серые тона. В связи с большим содержанием железисто-магнезиальных силикатов они отличаются значительной вязкостью, высоким пределом прочности при сжатии от 300 до 450 МПа и средней плотностью 2700... 2900 кг/м3. Имеют средние твердость и обрабатываемость и хорошо полируются.

Базальты макроскопически представляют собой черную плотную застывшую лаву, находящуюся в скрытокристаллическом или аморфном состоянии с зернистым строением и стекловатой массой, заполняющей промежутки между зернами различных размеров; вместе с тем наблюдаются также порфировые разновидности этих пород. В базальтах часто встречаются различные включения (ксенолиты), снижающие их качество как строительных материалов. Они являются твердыми и одновременно хрупкими труднообрабатываемыми породами; их прочность варьируется в широких пределах от ПО до 500 МПа и в связи с большим содержанием стекла может резко падать; плотность составляет 3,1 ...3,3 г/см3, а средняя плотность — 3000 ...3300 кг/м3. Наиболее ценными считаются свежие мелкозернистые базальты, не содержащие стекла и оливина. Базальты являются хорошими кислотоупорными и электроизоляционными материалами и высоко ценятся как сырье для каменного литья. Литой камень базальтин используется для получения отделочных изделий, труб, химической аппаратуры, отличающихся кислотоупорностью, высокой прочностью (до 800 МПа) и долговечностью. Диабазы и базальты добываются в Карелии, на Украине, Кавказе, Урале, в Забайкалье, на Камчатке и др.

Среди излившихся пород заметное место занимают вулканические стекла: почти безводный аморфный черный или красно-бурый обсидиан; мелкопористый светло-серый или коричневый перлит с содержанием до 3...4% воды; зеленоватый или бурый смоляной камень (пехштейн) кристаллитного строения с большим количеством воды. В последние десятилетия из вулканических стекол получают вспученный перлит — легкий и пористый материал с хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами, а также применяют в виде заполнителей в легких бетонах, фильтрующих и изоляционных материалах; как сырье для получения высококачественных стекол. Самые крупные их месторождения находятся в Армении. Особой разновидностью вулканических стекол является пемза, образовавшаяся при быстром остывании средних и кислых лав на поверхности воды или влажной почвы, сопровождаемом бурным выделением паров и газообразных компонентов. Она отличается высокой пористостью до 60 ...80% и легкостью (средняя плотность в пределах 300 ...900 кг/м3), малым пределом прочности при сжатии от 1,5 до 6 МПа и теплопроводностью 0,12 ...0,20 Вт/(м-К,)- Пемза негигроскопична, характеризуется достаточной морозостойкостью и огнестойкостью. Используется как заполнитель в легких бетонах и гидравлическая добавка в производстве цемента. Месторождения ее известны на Северном Кавказе, в Армении, Средней Азии и на Камчатке.

К вулканогенным породам относят рыхлые вулканические пеплы, пески и сцементированные —вулканические туфы, туфовые лавы.

Вулканические пеплы—мелкие порошкообразные массы частиц неправильной формы, выброшенные во время извержений и осевшие на поверхности лавовых потоков, а также вокруг вулканических конусов. Они состоят из мельчайших обломков вулканического стекла и кристаллических зерен некоторых минералов, особенно кварца. Размеры частиц вулканических пеплов колеблются от 0,1 до 2 мм. В пеплах содержится свыше 65% частиц мельче 0,15 мм преимущественно кремнистого состава. Рыхлые массы, сложенные более крупными частицами (до 5 мм), называются вулканическими песками. Вулканические пеплы являются активными минеральными добавками при производстве цементов. Их месторождения распространены в Крыму (Карадаг).

Вулканические туфы образуются путем цементации и уплотнения вулканических пеплов и другого твердого материала, Цементом служат вулканический пепел, кремнезем, глина и продукты разложения пепла. Они различны по строению и характеризуются непостоянными химическими и физико-механическими свойствами. Наиболее ценными считаются камневидные туфы липаритового состава с повышенным содержанием растворимого кремнезема— трассы, употребляемые в качестве гидравлических добавок к цементу. Рыхлые землистые разновидности их называются пуццоланами. Месторождения вулканических туфов известны в Армении, Крыму (Карадаг).

Туфовые лавы образуются при быстром вспенивании изливающихся лав при резком падении давления и одновременном примешивании к ней разнообразного вулканического материала. Количественное соотношение лавы и твердого обломочного материала в ней варьирует в широких пределах с образованием многочисленных разновидностей, различных по составу, строению, окраске и физико-механическим свойствам. Как и вулканические туфы, они обладают большой пористостью и стекловатой структурой. Представителем этих пород является артикский туф — декоративный и стеновой материал розово-фиолетового цвета со средней плотностью 750... 1400 кг/м3 и плотностью около 2,6 г/см3, пористостью от 45 до 70% и теплопроводностью 0,55... 0,62 Вт/(м-К).

Осадочные породы представляют особый интерес для строителей, так как они служат основаниями и средой для различных сооружений и повсеместно доступны в качестве строительных материалов. Они имеют вторичное происхождение, поскольку исходным материалом для их формирования являются продукты разрушения ранее существовавших пород. Процесс образования осадочных пород протекает по схеме: физическое и химическое выветривание пород, механический и химический перенос, отложение и накопление продуктов их разрушения и, наконец, уплотнение и цементация рыхлого осадка с превращением его в породу. Общими свойствами осадочных пород являются одинаковые формы залегания в виде пластов, с которыми связаны их характерные текстурные признаки - слоистость и пористость. Последняя особенно важна, так как оказывает большое влияние на физико-механические свойства пород: прочность, плотность и среднюю плотность, водопоглощение, морозостойкость, механическую обработку и др.

Осадочные породы отличаются многообразием структур с широким варьированием формы, размеров частиц и их соотношения у различных представителей. Для них характерно значительное разнообразие минеральных компонентов, более простых по химическому составу и являющихся преимущественно осадочными новообразованиями, совпадающими по составу с некоторыми магматическими минералами. Среди породообразующих минералов встречаются осажденные из водных растворов карбонаты, сульфаты, водный кремнезем; вторичные (глинистые) продукты выветривания материнских пород - каолинит, монтмориллонит; слюдистые минералы, гидроксиды А1 и Fe; реликтовые минералы, сохранившиеся без изменения, - магматический кварц, полевые шпаты, а также обломки пород различного генезиса и остатки организмов. Некоторые представители осадочных пород растворяются в воде, например каменная соль, гипс, известняки.

По условиям образования осадочные породы делятся на три группы: обломочные, химические и органогенные. Между ними существуют переходные разновидности смешанного генезиса.

Породы обломочного (механического) происхождения являются продуктами механического разрушения каких-либо материнских пород и сложены преимущественно обломками устойчивых к выветриванию минералов и пород. Они разделяются по крупности обломков на грубообломочные, среднеобломочные (песчаные), мелкообломочные (пылеватые) и тонкообломочные (глинистые). Среди них только глинистые породы являются продуктами химического разложения материнских пород, остальные же породы сложены обломками, не подвергшимися существенному выветриванию. Независимо от размеров частиц обломочные породы могут быть рыхлыми или сцементированными.

К рыхлым грубообломочным породам относятся разновидности с окатанной и угловатой формой, образовавшиеся в результате накопления крупных обломков. Среди них выделяют обломки размером 1000... 100 мм, называемые валунами (окатанные) или глыбами (угловатые); 100 ... 10 мм - галькой (окатанные) или щебнем (угловатые), 10... 1 мм —гравием (окатанные) или дресаой (угловатые).

Валуны (валунный камень) состоят из грубоокатанных обломков, обработанных и перенесенных водой или ледником. По генезису валунный камень может быть ледниковым, речным, морским, озерным. Более мелкие его разновидности размером 120... 300 мм называют булыжным камнем. Крупный валунный камень, поступающий на строительство, нуждается в предварительной переработке на штучный материал - шашку, бутовый камень и др.

Галька и гравий образуются аналогично первому, при переносе обломков на большие расстояния реками, горными потоками, а также под действием морского прибоя, приобретая при этом различную степень окатанности и сортировки. Качество гравия обусловливается его генезисом, минеральным составом, содержанием глинистых и органических примесей и пр. Лучшей разновидностью гравия считается ледниковый, который менее окатан. Гравий применяется в железобетонных сооружениях, дорожном строительстве и как фильтрующий материал.

Глыбы, щебень и дресва представляют собой скопления угловатых обломков скальных пород, разнородных по минеральному составу. Эти отложения особенно характерны для пустынных и полярных районов с интенсивно протекающими процессами физического выветривания. Они достаточно широко распространены в средней и северной полосе европейской части нашей страны.

Песчаные (среднеобломочные) породы представляют собой рыхлую смесь зерен с размерами от 1 до 0,1 мм. Их принято разделять по крупности зерен на крупнозернистые с диаметром частиц от 1 до 0,5 мм; среднезернистые - 0,5 ...0,25 мм; мелкозернистые - от 0,25 до 0,1 мм. Пески состоят преимущественно из кварца, наиболее устойчивого к химическому выветриванию минерала. Чистые кварцевые пески светлой окраски являются мономинеральными породами. Смешанные (полимиктовые) пески состоят из смеси минералов, в которых кроме кварца находятся полевые шпаты, слюды, амфиболы и др. Среди них наибольшее распространение имеют аркозовые пески красного или серого цвета, преимущественно кислого полевошпатового состава, с небольшой примесью кварца и других минералов. Наибольшей чистотой и однородностью зерен отличаются морские и эоловые отложения; морские и речные пески имеют окатанную, а ледниковые - угловатую, наиболее благоприятную для строительных целей, форму зерен. Вредной примесью к пескам являются глинистые и пылеватые фракции (0,05... 0,005 мм). При оценке качества песка как строительного материала учитывают его минеральный и гранулометрический составы, форму зерен, пористость, коэффициент фильтрации и др. Плотность песков составляет 2,64 г/см3, а средняя плотность—1800 кг/м3. Они являются главным сырьем для получения керамики, динаса, стекол, бетонов и растворов, кирпича; используются для дорожных покрытий, в абразивном производстве. Распространены повсеместно.

Пылеватые (мелкообломочные) породы состоят из частиц размером от 0,1 до 0,01 мм и отличаются от песчаных содержанием более мелких частиц. Представителем этих пород является лёсс—светлоокрашенная пористая (46 ...50%) порода, содержащая кварц, полевые шпаты, до 30% кальцита и до 50% глинистых минералов. Плотность лёссов составляет 2,5 ...2,8 г/см3, а средняя плотность - 1200 ... 1800 кг/м3.

Они отличаются просадочностью, легко размокают в воде. Используются в цементной промышленности как добавка в бетоны, в производстве кирпича, черепицы и др. Распространены в европейской части нашей страны, на юге Украины, в Средней Азии, южной Сибири.

Глинистые (тонкообломочные) породы состоят более чем наполовину из мельчайших (менее 0,01 ... 0,001 мм) чешуеобразных частиц глинистых минералов, среди которых не менее 25% имеют размеры менее 0,001 мм. Глины образуются при выветривании полевошпатовых и некоторых других силикатных пород и состоят преимущественно из глинистых минералов типа каолинита, монтмориллонита и гидрослюд с примесью кварца, слюды, вторичного кальцита, опала и др. Большинство глин являются полиминеральными, однако среди них имеются наиболее ценные мономинеральные: каолинитовые и монтмориллонитовые разновидности. Главным фактором при применении глин в строительстве и производстве строительных материалов является их минеральный состав.

Полиминеральные глины являются сырьем для производства кирпично-черепичных изделий, грубой керамики, глинозема, огнеупоров и т. д.

Каолинитовые глины сложены в основном каолинитом и сравнительно свободны от примесей оксидов железа. Они представляют собой белые тонкозернистые, жирные на ощупь малопластичные породы, являющиеся продуктами разложения (гидролиза) алюмосиликатов диссоциированной водой, содержащей свободные ионы водорода и растворенную СО2.

Каолинитовые глины являются континентальными отложениями и образуются в условиях кислой среды. Они используются в производстве фарфоро-фаянсовых изделий, цемента, шамота. Месторождения каолинитовых глин находятся на Украине, Урале, в Сибири и др.

Монтмориллонитовые глины появляются при разложении вулканических пеплов в щелочной среде. Среди них выделяются сильно набухающие в воде натровые глины с преобладанием катиона Na над катионами Са, Mg и К и неразбухающие кальциевые - с преобладанием Са над катионами Na и Mg. К первым относятся бентониты и флоридины, породы белой, серовато-белой, розоватой и другой окраски, характерной особенностью которых является сильное набухание при увлажнении с увеличением объема примерно в 16 раз и более и высокая адсорбционная способность. Большинство этих глин обладает резко выраженной пластичностью при затворении водой, сохраняя при высыхании приданную им форму, а после обжига образуют камневидные массы. С увеличением в глинах механических примесей пластичность их быстро снижается. Монтмориллонитовые глины применяются как замечательные адсорбенты, так как обладают высокой поглотительной способностью. Их месторождения имеются в Грузии, Крыму, Приднепровье, Закарпатье, Средней Азии.

Сцементированные обломочные породы образовались путем цементации рыхлых пород разнообразными химическими веществами. Наиболее прочным является кремнеземистый цемент (вторичный кварц, опал, халцедон), менее прочны железистый (лимонит), карбонатный (кальцит) и малой цементирующей способностью отличается глинистый цемент. Ниже приводится описание главных представителей этой группы.

Брекчии представляют собой компактные породы, состоящие из угловатых обломков дресвы или щебня, сцементированных каким-либо цементом. Петрографический состав этих обломков отличается однородностью. Угловатая форма обломков обеспечивает хорошее сцепление их с природными цементами, поэтому брекчии при некоторых видах цементов имеют достаточно высокую прочность и используются как отделочные камни. Брекчии имеют ограниченное распространение.

Конгломераты - сцементированные природным цементом скопления гальки, гравия, мелких валунов и др., отличающиеся от брекчий пестротой петрографического состава, широким диапазоном прочности от 5 до 160 МПа и изменением средней плотности в интервале 1500 … 2900 кг/м3. По сравнению с брекчиями конгломераты отличаются меньшей прочностью, так как окатанный обломочный материал довольно слабо связывается с цементом. Практическое значение этих пород невелико, однако их характерная структура (вяжущее рыхлый материал) является прототипом самой распространенной структуры ИСК. Слабо сцементированные их разновидности используются для получения балласта, а красивые - как отделочные декоративные камни. Мощные отложения конгломератов известны в Крыму и Средней Азии.

Песчаники образуются путем цементации зерен песка при просачивании через них разнообразных минеральных растворов. В зависимости от разновидности цементов различают кремнистые, известковые, железистые, гипсовые, глинистые, битуминозные и другие виды песчаников. Их прочность определяется видом природного цемента, характером его сцепления с зернами песка, плотностью породы. Она колеблется в широких пределах от 1 до 150 МПа и выше, а средняя плотность - от 1900 до 2800 кг/м3. Наиболее прочными (100... 150 МПа и более) являются кремнистые песчаники со средней плотностью до 2800 кг/м3. Малой прочностью отличаются глинистые песчаники, легко разрушающиеся при насыщении водой или циклическом замораживании и оттаивании; известковые песчаники неводостойки. В битуминозных песчаниках битум, пропитывающий толщи пород, составляет до 20% их массы. Окраска песчаников зависит от цемента: кремнистые и известковые имеют белые и светлые тона, железистые - желтые и красноватые и т. д. Они широко распространены в Карелии, на Украине, в Поволжье и др. и используются для получения стенового камня, бута, щебня, а также декоративного отделочного материала. Их разновидности, содержащие не менее 97% кремнезема, идут на изготовление кислотоупорных материалов и сырья, для получения огнеупоров, абразивов и др.

Породы химического происхождения (хемогенные) образовались в результате выпадения из истинных и коллоидных водных растворов различных веществ. Важное значение имеют слаборастворимые и подвижные соединения карбонатов Са и Mg, а также легкорастворимые сернокислые и галоидные соединения — гипсы и ангидриты, осаждающиеся при испарении пересыщенных растворов в замкнутых морских бассейнах или озерах, к которым относятся отложения плотных и оолитовых известняков и известковых туфов, магнезита. Важным структурным признаком этих пород являются форма и размеры зерен с характерным для них появлением оолитов — скорлуповатых зерен округлой или эллипсоидальной формы размером от 1 до 5 мм и сферолитов — кристаллических агрегатов игольчатого строения, а также зернистых структур. Текстуры химических пород аналогичны обломочным. Окраска их разнообразна и зависит от примесей. Ниже приводится описание представителей этой группы.

К карбонатным породам относятся микрозернистые (афанитовые ) известняки, а также мономинеральные породы, сложенные кальцитом, с зернистой или кристаллической структурой, пористой или кавернозной текстурой; в зависимости от текстуры средняя плотность известняков изменяется в пределах 2600 ...2000 кг/м3, снижаясь до 1000 кг/м3 у сильнопористых и кавернозных разновидностей. Пористость прочносцементированных известняков не превышает десятых долей процента, а у слабосцементированных — достигает 15...20% и выше, Окраска их разнообразна: белая, серая, желтоватая до черной в зависимости от примесей. Месторождения хемогенных известняков известны в европейской части нашей страны, в Крыму, на Кавказе и др.

Оолитовые известняки сложены оолитами кальцита, равномерно погруженными в цементирующую массу углекислого кальция или, реже, глины и плотно соприкасающимися между собой. Они — пористые, малоустойчивые к выветриванию и недостаточно морозостойкие породы. Прочность наиболее плотных их разновидностей мала и составляет всего 16...20 МПа. Применяют их для изготовления воздушной и гидравлической извести, цемента и др. Широко распространены в Крыму, Молдавии, на Урале, Кавказе и др.

Известковые туфы— высокопористые, ноздреватые породы, сложенные кальцитом, выпадающим из холодных и горячих углекислых источников при выходе их на поверхность земли. Они отличаются легкостью, небольшой средней плотностью до 1650 кг/м3 и малой прочностью, обычно около 10 МПа, хотя у плотных разновидностей (травертино), образовавшихся из горячих источников, она может достигать 80 МПа. Из известковых туфов получают известь, применяют их в производстве цемента, а также в качестве стенового и декоративного материала (травертино).

Магнезиты являются светлоокрашенными породами, состоящими из минерала магнезита. Прочность и плотность их выше, чем у известняков, но в природе они встречаются реже. Магнезиты являются сырьем для производства огнеупорных изделий, а скрыто-кристаллические разновидности с плотностью 2,9 ...3,0 г/см3 — для изготовления минеральных вяжущих (каустического магнезита) и изделий на их основе.

Сульфатные породы. Главными представителями их являются гипс и ангидрит. Они являются мономинеральными породами зернистокристаллической структуры, сложенными минералами одноименного названия с возможными небольшими примесями глины, песка, органических веществ и др. Гипсы имеют светлую (белую, желтую, серую) до темной окраску, в зависимости от примесей характеризуются пределом прочности при сжатии около 80 МПа и средней плотностью 2200 кг/м3. Ангидриты — более плотные породы с пределом прочности при сжатии 60 ...80 МПа и средней плотностью от 2800 до 2900 кг/м3. Гипс и ангидрит служат сырьем для производства вяжущих, а на их основе — гипсобетонных изделий; применяются как стеновой материал, а также для внутренней отделки зданий. Месторождения их известны в европейской части нашей страны: на Средней Волге, Украине, в Донбассе, на Кавказе, в Башкирии, на Урале, в Средней Азии и др.

Породы органогенного происхождения образовались при непосредственном или косвенном участии организмов, способных извлекать из растворов или морских вод необходимые для их жизнедеятельности соединения и концентрировать их в твердых частях тела. Для этих пород характерны цельнораковинные (биоморфные) и органогенно-детритовые структуры, состоящие из обломков раковин. Из этой группы рассматриваются породы кремнистого (силициты) и карбонатного составов.

Кремнистые породы сложены опалом, минералами группы халцедона и осадочным кварцем. Они образуются в холодных морях, реже в озерных водоемах при непосредственном участии диатомовых водорослей, радиолярий, губок и других организмов, концентрирующих в своих скелетах опал. Среди них выделяют пластовые породы и конкреционные, сложенные кремнистыми желваками (конкрециями), которые встречаются реже первых и часто рассеяны в других породах — известняках, глинах. Главными представителями пластовых пород являются диатомиты, трепелы, опоки и яшмы, образующие отложения большой мощности. Диатомиты — белые или желтоватые рыхлые породы, состоящие из мельчайших слабо-сцементированных кремнистых скорлупок диатомей. Макроскопически они похожи на мел, от которого отличаются отсутствием реакции вскипания с НСL и повышенной гидрофильностью. Диатомиты — легкие (средняя плотность 400 ... 950 кг/м3), не тонущие в воде с высокой (до 90 ...92%) пористостью породы. Трепелы — светлоокрашенные рыхлые, легкие и пористые опаловые породы, внешне не отличимые от диатомитов, одинакового с ними химического и минерального состава и несколько большей средней плотностью (500... 1300 кг/м3). По физико-химическим свойствам они близки между собой: высокопористы, огнеупорны, и кислотоупорны, плохо проводят звук и теплоту, отличаются большим водопоглощением, используются как адсорбенты, изоляционные, фильтрующие, шлифующие строительные материалы. Крупные месторождения диатомитов и трепелов имеются в европейской части нашей страны, Поволжье, Грузии, а также на Украине.

Опоки представляют собой сцементированные кремнистым веществом трепелы или диатомиты. Состоят они из опалового кремнезема, количество которого варьирует за счет непостоянного содержания в их составе примесной глины. Опоки крепкие и очень легкие, сильнопористые породы, палевого, светло-желтого, серого до черного цвета. Некоторые их разновидности внешне сходны с трепелами и диатомитами (мягкие опоки), другие же являются камнеподобными, твердыми и плотными породами. Плотность опок колеблется от 0,9 до 1,2 г/см3 и находится в соответствии с их высокой пористостью (до 30 ...40%). Они имеют низкий предел прочности при сжатии —до 1 ...3 МПа, малую среднюю плотность (1200 ...1500 кг/м3) и, как правило, неморозостойки. Применяются в качестве стенового материала, заполнителей в легких бетонах, дорожного материала, сырья для получения белых вяжущих веществ и различных добавок. Крупные месторождения опок находятся в районах Средней и Нижней Волги, на Урале. Яшмы сложены микрозернистым (скрытокристаллическим) халцедоном SiO2 и отличаются полосчатой темно-красной, желтовато-зеленоватой или черной окраской. Являются очень твердыми, крепкими однородными тонкозернистыми породами и используются в качестве прочного декоративного и поделочного материала. Они широко распространены на Урале.

Кремни (конкреционные силициты) встречаются в разнообразных вмещающих породах в виде пластов, линз, желваков и состоят из опала и халцедона, иногда с примесью кварца. Наиболее распространенными являются однородные, очень твердые микрозернистые, часто полосчатые, серого, красноватого, черного цвета кремни. Они используются исключительно как абразивный материал.

Карбонатные породы органогенного генезиса сложены преимущественно кальцитом с примесями кремнезема, глинистых и песчаных частиц, оксидов железа и др. Широко распространены органогенные известняки, образованные путем накопления продуктов жизнедеятельности растительных и животных организмов на дне мелководных теплых морей: ракушечники, коралловые известняки, мел. Органогенные известняки залегают пластами значительной мощности в несколько десятков метров. Главными их структурами являются цельнораковинная (биоморфная), органогенно-детритовая, образованная угловатыми обломками раковин, вторичная» появившаяся при изменении зерен вторичными процессами, а также смешанная. Мел рассматривается как микрозернистая, слабосцементированная мягкая порода, сложенная мельчайшими частицами скелетов карбонатных водорослей и одноклеточных животных — фораминифер. Вследствие малой прочности мел очень выгодно использовать в цементной промышленности. Он применяется для получения чистой белой извести, в производстве стекла, углекислоты, как активный наполнитель пластмасс, резиновых изделий и т. д. Месторождения мела имеются на Украине, в Среднем Поволжье, Курской, Воронежской, Белгородской областях и др.

Смешанные породы представляют собой смеси карбонатных и глинистых пород, к которым относятся доломиты и мергели. Доломитами называются породы, состоящие преимущественно из минерала доломита, в котором содержится до 45,8% магнезита. Макроскопически они похожи на известняки и опознаются по реакции вскипания только с подогретой НСL или с холодной — в порошке. Окрашены в белый, серый, желтый цвета. При выветривании Доломиты покрываются рыхлым желтовато-серым налетом (доломитовой мукой). Залежи доломитовой муки находятся на Верхней Волге, во Владимирской области. Для доломитов характерны сахаровидная, зернистая, плотная структуры и разнообразные, от Плотной до пористой (кавернозной) и часто трещиноватой, текстуры. Плотные доломиты характеризуются средней плотностью от 2700 до 2900 кг/м3 и пределом прочности при сжатии в интервале 60... 150 МПа, которые изменяются в более узких пределах, чем у известняков. Они более твердые и плотные породы, но при нагревании диссоциируют раньше известняков. Доломиты применяются наравне с известняками как строительный камень (плиты, бут, щебень) и сырье для производства вяжущих (каустический доломит, доломитовая известь), а также при получении огнеупоров и теплоизоляционных материалов, стекла и т. п.

Мергели содержат от 25 до 75% СаСО3 и являются переходными между карбонатными и глинистыми породами. При содержании 25 ...50% глины в составе известняков образуются собственно мергели, которые с повышением до 50 ... 75% переходят в глинистые мергели, а при последующем ее увеличении превращаются в известковистые глины. В составе мергелей вместо кальцита могут находиться доломит и кремнезем, образуя, соответственно доломитовые и кремнеземистые мергели. Мергели являются лучшим сырьем для производства цементов и на их базе работают крупнейшие комбинаты отечественной промышленности.

Аллитовые (алюминиевые) породы состоят преимущественно из гидроксидов А1, часто с большим содержанием оксидов Fe. Окраска их может быть белой, охристо-желтой, бурой в зависимости от содержания оксидов железа. В структурно-текстурном отношении они могут быть микрозернистыми твердыми или рыхлыми разновидностями, похожими на глину. Бокситы являются рудами на АL, используются для получения глиноземистых цементов, огнеупорных материалов, адсорбентов и др. Крупные месторождения их имеются на Урале, в Ленинградской области.

Метаморфические (вторичные) породы образовались под воздействием высоких температуры и давления, химически активных газообразных веществ и горячих растворов, циркулирующих в породах. Воздействию этих факторов, особенно проявляющихся при тектонических процессах, подвергаются как магматические, осадочные, так и ранее метаморфизованные породы. Результатом такого воздействия является изменение структурных и текстурных свойств, а иногда и химического состава пород. Минеральный состав метаморфических пород сходен с составом материнских пород, но наряду с первичными минералами: кварцем, полевыми шпатами, амфиболами, слюдами - появляются вторичные, характерные только для метаморфических пород, - гранаты, хлориты, серпентин и другие.

Они имеют кристаллически-зернистую (кристаллобластовую) структуру с вытянутой формой частиц и разнообразные виды текстур. Наиболее типичными текстурами являются сланцеватая с параллельным расслоением в одном направлении чешуйчатых, листоватых, пластинчатых минералов; полосатая (гнейсовая) с линейным расположением чередующихся полос различного минерального состава, а также массивная текстура, развивающаяся при перекристаллизации однородных первичных пород без изменения расположения их зерен. Формы залегания метаморфических пород соответствуют формам залегания материнских магматических и осадочных пород. К наиболее распространенным метаморфическим породам относятся гнейсы, кристаллические сланцы, кварциты и мраморы.

Гнейсы - светлоокрашенные серые, красноватые и других оттенков кристаллически-зернистые породы, образующиеся при метаморфизме кислых магматических и осадочных пород. Среди них различают ортогнейсы, появившиеся из гранитных или кислых порфировых и парагнейсы - при метаморфизме осадочных пород: аркозовых песчаников, рыхлых скоплений кварца, полевого шпата, слюд и др. Ортогнейсы по минеральному составу сходны с гранитами, но отличаются от них слоистой или полосатой текстурой, с которой связано появление анизотропии и ухудшение свойств породы. Тонкослоистые гнейсы не отличаются морозостойкостью и сравнительно быстро выветриваются. Они используются в виде облицовочных плит, для кладки фундаментов, в качестве мостильного и бутового камня и др. Гнейсы являются самыми распространенными метаморфическими породами.

Кристаллические сланцы образуются из магматических или осадочных пород путем метаморфизации. Наиболее сильно изменяются глины, которые уже при слабом влиянии метаморфизма превращаются а глинистые сланцы, а с дальнейшим его усилением претерпевают полную перекристаллизацию и переходят в филлиты - темно-серые и красноватые тонкосланцеватые породы, состоящие из вторичных кварца, серицита и хлорита. Они отличаются способностью раскалываться на ровные тонкие пластинки и, обладая достаточной плотностью, вязкостью, твердостью и водостойкостью, используются как местный кровельный материал. Особенностью шунгизитового гравия является наличие стекловатой структуры и исключительная инертность по отношению ко всем агрессивным средам. Шунгитовые сланцы применяются в качестве сырья для получения шунгизитового гравия, черного цемента, красок, добавок при изготовлении силикатного кирпича, штучных плит для полов, плинтусов, а также как декоративный и скульптурный материалы.

Кварциты образуются путем метаморфизации кварцевых песков и песчаников под влиянием динамотермического метаморфизма с преобладанием высоких температур и превращаются в кварциты - очень плотные и твердые мелко- и среднезернистые (гранобластовые) белые, желтые, серые, красноватые породы с массивной или сланцеватой текстурой. Наряду с кварцем (до 95 ...99%) они могут содержать различные примеси: слюды, гематита, хлоритов и др. Они отличаются слабым сцеплением с вяжущими, большой хрупкостью и трудно обрабатываются; имеют высокую огнеупорность, кислото- и щелочестойкость и применяются главным образом в производстве динаса, а также как абразивный, кислото- и щелочестойкий материалы. Красивые разновидности кварцитов являются прекрасным декоративным и облицовочным материалом. Разновидности со значительным содержанием (более 40%) железистых минералов являются рудами на железо.

Мраморы образуются при перекристаллизации известняков и доломитов преимущественно под влиянием динамотермального метаморфизма с преобладанием температурного фактора. Чаще всего они появляются на контакте карбонатных пород с интрузиями и представляют собой равномерно-зернистые массивные или слоистые породы, окрашенные в разнообразные цвета от светлых до черных с различными оттенками в зависимости от содержания примесей. Мраморы хорошо обрабатываются - пилятся, шлифуются и полируются, но слабо сопротивляются выветриванию, особенно влиянию агрессивной воды, содержащей растворенную углекислоту. Мраморы широко применяются для внутренних отделочных работ, а в виде крошки - при приготовлении цветных штукатурок, облицовочного декоративного бетона.

При рассмотрении разнообразных представителей минералов и горных пород в отношении каждого из них была установлена зависимость его свойств от состава и структуры. Существование такой зависимости предполагает наличие других обобщенных зависимостей, когда одна какая-либо из них оказывается общей для многочисленных разновидностей природного камня. Подобная общая зависимость становится закономерностью и может иметь большое практическое значение при выборе камня для строительных целей.

Выше отмечалось, что по составу породы могут быть мономинеральными и полиминеральными. Качественные характеристики первых в основном определяются свойствами их породообразующего минерала: формой и размером его частиц, дефектами структуры, типом химической связи между частицами, макро- и микропористостью и т. п. Кварцитам, например, в значительной мере передаются свойства их породообразующего компонента кварца: высокие твердость, плотность и механическая прочность, малая деформа-тивность (хрупкость), раковистость излома, высокая стойкость к химическому выветриванию и др. Аналогичным образом на физико-механических свойствах известняков отражаются характерные особенности породообразующего кальцита: сравнительно легкая растворимость в воде, низкая твердость и совершенная спайность, с которыми непосредственно связана пониженная прочность этих пород. Подобное влияние упомянутых свойств кальцита проявляется также на свойствах мраморов, являющихся метаморфизованными разновидностями известняков. И хотя вторичные генетические факторы (высокие температура и давления) могут при этом несколько уменьшать влияние кальцита как породообразующего компонента, его физико-химические и кристаллохимические особенности играют определяющую роль в процессе формирования структуры и свойств мраморов. Но особенно отчетливо прослеживается негативное влияние совершенной спайности кальцита на прочность крупнокристаллических разновидностей карбонатных пород химического генезиса. Снижение их прочности при механическом воздействии объясняется прежде всего разрушением частиц кальцита по плоскостям спайности, а также по границам их контакта друг с другом.

В отношении известняков, осадочных мономинеральных пород, отчетливо прослеживается следующая закономерность: у малопористых их разновидностей значения показателей прочности, плотности, упругости и некоторых других свойств приближаются к величинам показателей тех же свойств их породообразующего минерала кальцита. Эта же закономерность справедлива для кварцитов и мраморов - пород метаморфического генезиса, несмотря на то, что в условиях метаморфизации могут нарушаться структура и свойства не только исходной породы, но и ее породообразующего минерала (принцип Ле-Шателье), даже при неизменном химическом составе, т. е. в случае изохимической перекристаллизации.

С увеличением пористости, а также с появлением неплотностей в контактах и некоторых других структурных дефектов, неизбежно возникающих при формировании мономинеральных пород, их упругие и прочностные свойства интенсивно снижаются. Аналогичные явления происходят в полиминеральных породах, когда превалирующий количественно породообразующий минерал оказывает наиболее заметное влияние на формирование определенных свойств породы. У магматических пород, например гранитов, с увеличением содержания кварца, имеющего очень высокий предел прочности при сжатии (около 2000 МПа), повышается механическая прочность. Наоборот, увеличение количества полевых шпатов и слюды в этих породах снижает их прочность, обычно составляющую до 200 МПа для мелкозернистых и до 120... 140 МПа для крупнозернистых их разновидностей. Это происходит вследствие того, что полевой шпат не отличается высоким пределом прочности при сжатии, аналогично кварцу (всего около 170 МПа), а слюда с присущей ей высокой спайностью и способностью образовывать плоскости скольжения способствует механическому разрушению гранита с появлением внутренних скалывающих напряжений. При небольшом количестве слюды или полной ее заменой роговой обманкой гранит приобретает повышенные вязкость и прочность (в том числе и на ударную нагрузку). С повышением пористости у выветрелых и одресвелых гранитов их прочность быстро снижается, достигая 80... 60 МПа и ниже.

Многие осадочные породы также являются полиминеральными агрегатами, часто состоящими из неодинаковых по размеру обломков минералов и горных пород. Свойства этих сложных пород (брекчий, конгломератов и др.) обусловливаются как свойствами самих обломков, так и особенно свойствами природного вяжущего вещества, выполняющего роль матричного компонента моно- или полиминерального состава. Природные цементы могут быть аморфными или кристаллическими. Наиболее прочными являются кварцевый, кремнистый и опаловый мономинеральные равномерно-зернистые цементы. Значительно уступают им по прочности разнозернистые полимиктовые цементы, состоящие из минеральных зерен различного химического состава с неодинаковыми размерами частиц. Наименьшей цементирующей способностью отличаются глинистые и растворимые соединения (глины, гипсы и др.). Эту группу пород можно по аналогии сравнивать с искусственными строительными конгломератами (например, с бетонами), формирование структуры которых происходит под влиянием вяжущих веществ в заводских условиях.

Выше отмечалось, что на прочность и другие качественные показатели горных пород существенное влияние оказывает пористость. В породах она может быть очень грубой (туфы), крупной (ракушечники), мелкой и тончайшей, незаметной даже под микроскопом (диатомиты). В породах различают первичную пористость, обычно закрытую и тонкодисперсную, зависящую от характера упаковки, формы и размера частиц, их взаимного расположения, величины того первоначального давления, которое испытывали породы в процессе формирования структуры. Пористость может быть также вторичной и чаще всего открытой, возникшей на более поздних стадиях отвердевания породы или осадка, при растворении или замещении в них отдельных минералов, особенно в результате последующего выветривания. Вторичные поры всегда имеют более устойчивые и сохранившиеся размеры, так как, возникая в уже затвердевшей массе, они в меньшей степени подвержены последующему спрессовыванию или заполнению новыми минеральными веществами.

Являясь важным структурным элементом, поры вместе с минеральными частицами непосредственно и активно участвуют в формировании свойств горных пород. Б. П. Беликовым и другими были выполнены исследования упругих характеристик многих горных пород общим импульсным ультразвуковым методом.

Зависимость свойств природного камня от состава и оптимальной структуры отражает объективно существующую закономерность, которую при обобщении многочисленных опытных данных можно выразить следующим образом: при определенном наборе структурных параметров формируется оптимальная структура природного камня, при которой имеется комплекс экстремумов механических и некоторых физических свойств, непосредственно связанных со структурой и отражающих ее характер. Действует и обратная связь: комплекс экстремумов свойств горной породы или минерала отражает наличие оптимальной структуры с характерными для нее относительной однородностью, минимальной пористостью, минимумом других микро- и макроструктурных дефектов, с наиболее устойчивым равновесным состоянием внутренних связей, с минимумом внутренней свободной энергии, с мелкозернистой плотной кристалличностью или непрерывной пространственной сеткой (прослойкой) цементирующего вещества, с оптимальным содержанием стеклофазы и наличием других структурных параметров в соответствующем их наборе. Эти закономерности проявляются как в отношении твердых, так и упруговязкопластичных природных образований, к которым относятся глины, суглинки, лёссы, мел, гипсы, асфальтовые породы и др. Они служат основой тождественного закона створа, вскрытого в теории ИСК.

Наблюдается также другая закономерная связь между свойствами главного породообразующего минерала и свойствами породы со спадом показателей свойств по мере накопления дефектов структуры, которая является также обобщающей основой закона конгруэнции в теории ИСК. Такая тождественность закономерного изменения свойств под влиянием структурных параметров у природного камня и ИСК возникает при сходных процессах, которые характерны как для природного генетического, так и заводского технологического периодов. В обоих этих случаях при формировании структур и свойств прослеживается воздействие законов кристаллизации из растворов и расплавов, закона эвтектики, правила фаз и др. Различие состоит только в том, что в короткие технологические периоды производства ИСК возможно направленно регулировать процессы структурообразования, избегая влияния элементов случайности и аномальных отклонений, которые возможны при формировании структур и свойств пород в природных условиях. Именно поэтому более отчетливо выразились закономерности створа, конгруэнции и др., известные в теории ИСК, базирующиеся на логически обобщенном и обширном практическом материале. В природе эти объективные закономерности проявляются наиболее полно и объективно, хотя вскрыть их сложнее, чем у ИСК.

Добыча природного камня осуществляется в коренных (например, граниты, песчаники, известняки и др.) или рыхлых (гравий, пески, глины) месторождениях, называемых карьерами. В зависимости от условий залегания, качества и запасов горных пород, географического положения различают: промышленные карьеры с большими запасами качественного природного сырья сроком действия более 10 лет. Они не связаны со строительными объектами, хорошо оснащены оборудованием и подъездными путями; притрассовые местного значения карьеры, расположенные в районе строительства объектов со сроком действия менее 10 лет и более высокой себестоимостью продукции по сравнению с промышленными.

В зависимости от условий залегания разработка пород может производиться открытым способом, в карьерах, реже подземным (например, разработка органогенных известняков в штольнях).или подводным, при неглубоком залегании пород от поверхности воды в реке, озере. Для открытой разработки наиболее удобны горизонтально или полого залегающие пласты пород, которые могут находиться выше или ниже дневной поверхности или быть на одном уровне с нею. Наиболее "экономичной считается разработка выходов пород (обнажений) на склонах с небольшим объемом вскрышных работ, сравнительно легким перемещением добытой породы вниз по склону и отсутствием необходимости отвода атмосферных и грунтовых вод от фронта разработки. При разработке пород учитываются также их прочность и трещиноватость, на основании которых определяется способ отделения породы от массива. Например, механическим способом (экскаваторами) разрабатываются осадочные породы, разбитые трещинами на небольшие отдельности; отделение глыб слоистых, трещиноватых, столбчатых пород производится также механическими средствами — клиньями, лопатами; слабые мягкие породы (ракушечники, известковые туфы) добывают путем распиловки их толщ камнерезными машинами на блоки определенных размеров и формы. Массивные магматические породы разрабатываются с применением взрывчатых веществ с предварительным пробуриванием скважин (шпуров, бурок) по рядам с последующим заложением в них взрывчатых веществ и тщательной заделкой каждой скважины. Буровзрывным способом можно получать монолиты больших размеров, а также рваный камень (бут) и щебень в массовом количестве.

Используются способы распиливания твердых пород (гранитов, мраморов и др.) с помощью механических дисковых пил, армированных пластинками твердых сплавов или абразивными порошками. Вместо дисковых пил применяют баровые машины с цепными пилами, снабженными алмазными или победитовыми режущими насадками, а для отделения блоков пород от массива применяют машины с канатными пилами, при которых в качестве абразива используется кварцевый песок с водой. Вода при этом способствует образованию в массиве микротрещин по принципу «клина». В последние годы находит применение термогазоструйный аппарат для разработки массивов кварцеодержащих пород типа гранитов на блоки и другие штучные изделия. Работа аппарата основана на термическом воздействии горячей струи (свыше 2500°С) на породу, которая получается при сгорании керосина в кислороде и выбрасывается из сопла камеры. При такой высокой температуре возникают огромные внутренние напряжения, вызывающие резкие структурные деформации, сопровождаемые механическим раздроблением породы.

Природный камень, доставленный из карьеров, подвергается дальнейшей обработке, распиливанию и отделке для получения различных видов поверхности: грубой или сравнительно гладкой, в частности с применением шлифования и полировки. В процессе обработки используются пневматические инструменты и станки, с помощью которых получают необходимую фактуру (вид поверхности) : бугристую, рифленую, бороздчатую и др.

Для получения щебня, каменной крошки, дробленого песка и минерального порошка породы после их добычи из месторождений подвергают дроблению и измельчению в камнедробилках, камне-крошилках с последующими операциями по фракционированию, обогащению, промывке и пр. Для получения крупно-, средне - и мелкозернистых минеральных материалов направляются отходы, получаемые в карьерах или на камнедробильных заводах и установках. Особенно ценными отходами являются побочные продукты при распиловке и разделке природного декоративного камня (мраморов, гранита, кварцита и др.); применяя цементы, из них вырабатывают крупные блоки, декоративные плиты.

С глубокой древности и до наших дней природные каменные строительные материалы широко используются в строительстве. Они относительно доступны и обладают высокими техническими показателями: прочностью, морозостойкостью, долговечностью, хорошими декоративными свойствами.

В зависимости от способа обработки горных пород различают следующие виды каменных материалов и изделий: добываемые выпиливанием из массива или путем выкалывания плиты и блоки для каменной кладки, облицовочные плиты, профильные детали и др. Некоторые материалы подвергаются обработке скалывающими инструментами, например бортовый камень, другие — грубоколотые, направляются непосредственно на строительные объекты без последующей механической обработки (брусчатка). Крупный рваный камень (бут) получают после взрывания пород в карьере или при шпуровой разделке крупных блоков; при последующем дроблении из него получают щебень, каменную крошку, песок, а при помоле — минеральный порошок. Из природных сортированных залежей добывается окатанный обломочный материал в виде валунов, булыжника, гальки, гравия. Из природного камня без изменения его состава получают также плавленые материалы (каменное литье). Для каждого конкретного строительства СНиПом рекомендуются определенные виды материалов и изделий из природного камня. Для возведения фундаментов, например, пригоден бутовый камень, пиленые и колотые камни из всех видов пород, а для кладки стен — камни (плиты), блоки из всех разновидностей известняков, доломитов, песчаников, вулканического туфа; для наружной облицовки применяют облицовочные плиты, профильные изделия из гранита, сиенита, диорита, габбро, базальта, кварцита, иногда мрамора и др., а для внутренней отделки - те же наименования изделий, но получаемых из мрамора, мраморовидных известняков, гипсового камня, туфов и др. Природный камень широко используется в дорожном строительстве в виде бортового и мостильного камней, брусчатки; для защитной облицовки мостовых опор, парапетных, карнизных, а также тротуарных плит. Эти изделия изготовляются из гранита, диорита, габбро, базальта, песчаника и других и показывают высокую эксплуатационную стойкость.

Правильный выбор пород для конкретных строительных работ предусматривает их разделение по величинам прочности при сжатии с выделением марок: 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800 и 1000 (соответственно — от 0,4 до 100 МПа). К легким относятся каменные материалы, маркирующиеся в интервале включительно от 4 до 200, а к тяжелым — от 300 и выше. Такая же маркировка предусмотрена по степени морозостойкости, которая устанавливается числом циклов заморажи- вания и оттаивания: Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 200, 300 и 500. По средней плотности выделяются породы тяжелые, со средней плотностью более 1800 кг/м3, средние— 1800 ... 1500 кг/м3 и легкие — со средней плотностью менее 1500 кг/м3. Для возможного снижения прочности при увлажнении пород последние маркируются по коэффициенту размягчения (водостойкости) в пределах: 0,6; 0,75; 0,9 и 1.

С учетом вышеуказанных марок уточняется выбор пород, предназначенных для определенных видов строительства. Например, для стеновой кладки подходят только те породы, которые характеризуются марками: по морозостойкости — не менее 15, коэффициенту размягчения — не менее 0,6 и прочности — в зависимости от вида породы; для плотных известняков — в пределах не менее 150, а для пористых ракушечников — 25 ... 125 и т. д. Аналогичным образом СНиПом предусматриваются конкретные марки камня для наружной отделки зданий и сооружений, каменных материалов специального назначения (кислото - и щелочестойких, огнеупорных), а также материалов, применяемых в гидротехнических сооружениях.

Процесс постепенного разрушения каменных материалов в конструкциях зданий и сооружений можно предотвратить или затормозить с помощью различных конструктивных и химических методов защиты, способствующих снижению воздействия увлажнения, нагревания, замерзания, солнечной радиации и т. п.

Конструктивные методы выражаются в устройстве гладких или полированных поверхностей материалов, не способных задерживать дождевые и талые воды и пропускать агрессивные среды внутрь каменного материала.

Химические меры защиты заключаются в флюатировании камня, т. е. обработке его водными растворами солей кремнефтористо-водородной кислоты. Эти соли (флюаты) вступают в химические соединения с растворимыми компонентами камня с образованием фтористых солей Са и Mg и кремнезема, нерастворимых в воде, которые уплотняют поверхность камня и делают ее недоступной для агрессивных сред.

Химические меры обработки особенно эффективны для карбонатных пород. Кислые породы перед флюатированием пропитывают раствором известковой соли, которая впоследствии образует с флюатом защитный слой из нерастворимых в воде соединений. Кроме флюатирования поверхность камня может обрабатываться добавками оксида свинца или железистых соединений, увеличивающих погодоустойчивость поверхности. Для аналогичных целей могут использоваться водные растворы и эмульсии, полимерные вещества и водополимерные дисперсии. Так, например, для получения поверхностного уплотнения камня и гидрофобизации его поверхности и пор применяют кремнийорганические соединения: метилсиликонат натрия, этилсиликонат натрия и др., а также водный раствор мочевиноформальдегидной смолы. Известны и другие способы защиты камня от выветривания и разрушения, которые продлевают эксплуатационный срок службы каменных материалов и изделий без заметных выцветов и потускнения поверхности или других следов химического выветривания.

Возникающие аморфные или кристаллические новообразования оказываются практически нерастворимыми в воде. Отлагаясь в порах камня, они уменьшают пористость и смачиваемость его поверхности, скорость капиллярного подсоса воды или грязи. Конструктивные и химические мероприятия, применяемые в совокупности, приводят к увеличению долговечности природного камня в конструкциях зданий и сооружений.

(Мир строительных материалов).