Горные породы, применяемые в строительстве

 

Горные породы — плотные или рыхлые агрегаты разнообраз­ных минералов или обломков каких-либо пород. Они имеют отно­сительно постоянный минеральный состав и специфическое внутреннее строение, определяемое структурными и текстурными особенностями. Под структурой породы понимают совокупность особенностей ее строения, которая обусловлена степенью 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 (рис. 8.2). 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.

 

Рис.8.2. Текстуры горных пород: а —полосчатая; б — неоднородная; в — флюидальная; г — сланцеватая

 

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.

 

Рис. 8.3. Полнокристаллическая структура глубинных пород (гранит): Or — ортоклаз; PL — плагиоклаз; q — кварц; b — биотит

 

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 (рис. 8.3). 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 (рис. 8.4). 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.

 

Рис. 8.4. Неполнокристаллическая (порфировая) структура излив­шихся пород (альбитовый по­рфир): АВ — альбит в скрытозернистой основной массе породы

 

В составе магматических пород су­щественное значение имеют оксиды SiO₂; Al₂O₃; 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 имеют равновеликие длину и ширину и образуются при массовых трещинных излияниях лав на больших площадях. Купола — 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 порядке 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 или 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, большого количества слюды, отсутст­вие роговой обманки и помутнение окраски полевых шпатов явля­ются нежелательными; для них характерны зернистая структура и массивная текстура. Их мелкозернистые разновидности отличаются более высокими плотностью и прочностью и меньше подвержены процессам выветривания. Предел прочности при сжатии у них ко­леблется от 100 до 250 МПа, при растяжении — от 2 до 7,5 МПа. Плотность гранитов составляет 2,9 г/см³, а средняя плотность 2500—2800 кг/м³. Они являются малопористыми породами (содер­жание пор от 0,5 до 1,5%); обладают 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. Их применяют для изготовления облицовочных плит цокольных этажей зданий, лестничных ступеней и полов, бордюр­ных камней, при строительстве мостов, гидротехнических сооруже­ний, в качестве щебня для бетона, бутового камня при устройстве фундаментов зданий и др. Крупные месторождения гранитов изве­стны на Кольском полуострове, в Карелии, на Украине, Кавказе, 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. Их предел прочности при сжатии составляет 150—180 МПа, а средняя плотность — 2600—2800 кг/см³. В связи с отсутствием кварца они обрабатываются и полируются лучше гранитов. Сиениты встречаются реже, что снижает их значе­ние как строительного камня.

Диориты являются средними (60—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—300 МПа), большими плотностью и средней плотностью (до 2900 кг/м³), 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. Месторождения этих пород сравнительно редки и известны на Украине, Кавказе, Урале, в Средней Азии и реже в Крыму.

Габбро — основные породы, содержащие от 40 до 52% SiO₂. Из них наиболее распространенными являются массивные полно­кристаллические породы серого, темно-серого и темно-зеленого цвета, сложенные примерно равными количествами основного пла­гиоклаза и диаллага (разновидности авгита). Разновидности габ­бро, состоящие почти из одного основного плагиоклаза Лабрадора (более 85%), называются лабрадоритами. Они имеют серую и черную окраску с красивыми переливами в синих и зеленых тонах за счет иризации (отражения световых лучей от внутренних плоскостей спайности этого минерала), благодаря чему являются ценным деко­ративным и облицовочным материалом.

Габбро — тяжелые породы с почти одинаковыми истинной плотностью и средней плотностью около 3100 кг/м³, прочностью при сжатии 200—280 МПа, отличающиеся высокой вязкостью, которая затрудняет их обработку. Месторождения габбро широко распространены в Карелии, на Кольском полуострове, Украине и др.

Перидотиты ипироксениты — 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 (3000—3400 кг/м³). 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 внутренних интерьеров граж­данских зданий, а также как поделочный и художественный ма­териалы.

Излившиеся породы являются аналогами глубинных по составу, но сильно отличаются от них структурными особенностями и тек­стурой. 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: 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 вкрапленников — 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 со средней плотностью 2400—2600 кг/м³. Предел прочности при сжатии изменяется у них от 130 до 180 МПа 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 морозостойкости. Липари­ты — более легкие и пористые по сравнению с кварцевыми порфи­рами породы белого, светло-серого цвета, содержащие небольшие вкрапления кислого ортоклаза и среднего плагиоклаза, а также по­вышенное количество нераскристаллизованного вулканического стекла. Обе эти породы применяют 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 в связи 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 сильно шеро­ховатые 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 кг/м³ и вместе с тем сильнопористые, напо­минающие пемзу. Высокая пористость трахитов способствует их быстрому выветриванию. Они менее прочны, быстро истираются и маломорозостойкие. Предел прочности при сжатии 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 (алтайские) применяют для отделочных работ. Эти породы хорошо поддаются обработке, но не полируются и быстро истираются. Их месторожде­ния известны на Кавказе (Армения, Пятигорск), на Урале, Алтае, в Казахстане и др.

Порфириты и андезиты — плагиоклазовые излившиеся аналоги диоритов соответственно древне- и нововулканического возраста. Отличаются пористой текстурой и порфировой структу­рой с вкрапленниками плагиоклазов или роговой обманки, 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 кг/м³ 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 кг/м³) и прочные породы, с пределом прочности при сжатии от 140 до 250 МПа. Широкий разброс ее значений зависит от пористости. Высокие показатели прочности относятся главным образом к плотным роговообманниковым и авгитсодержащим разновидностям андези­тов. Обе породы используют как дорожный камень; пористые лег­кие разновидности андезитов идут на изготовление стенового мате­риала, из плотных андезитов получают кислотостойкие материалы. Красивые разновидности порфиритов применяют 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 скрытокристаллическую 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 диабазы отличаются значительной вязкостью, высоким преде­лом прочности при сжатии (от 300 до 450 МПа) и средней плотно­стью 2700—2900 кг/м³. Имеют средние значения твердости и обрабатываемости и хорошо полируются.

Базальты представляют собой черную плотную застывшую лаву, находящуюся в скрытокристаллическом или аморфном со­стоянии с зернистым строением и стекловатой массой. Она запол­няет промежутки между зернами различных размеров. 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 трудно обрабатываемыми породами, их прочность варьируется в широких пределах от 110 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 используют для получения отделочных изделий, труб, химической аппаратуры, отличающихся кислотоупорностью, высокой прочностью (до 800 МПа) и долговечностью. Диабазы и базальты добывают 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; 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 морозо- 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 пеп-лы, 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 липоритового состава с повышенным содержанием растворимого кремнезема — трассы, употребляемые в качестве гидравлических добавок к цемен­ту. Рыхлые землистые разновидности их называют 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 может служить 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).

Вулканические туфы и лавы отличаются стойкостью к выветри­ванию, малой теплопроводностью, хорошей морозостойкостью; легко обрабатываются, но не полируются. Прочность их составляет 5_20 МПа, а более плотных — до 50 МПа. Употребляются в каче­стве стенового материала, бутового камня. Отходы от их разработ­ки используют как заполнитель в легких бетонах. Месторождение туфовых лав находится в Армении.

Осадочные породы представляют особый интерес для строите­лей, так как 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. Все осадочные породы име­ют 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, среднюю плотность, водопоглощение, морозостойкость, механическую обра­ботку и др.

Осадочные породы отличаются многообразием структур (рис. 8.5) и текстур с широким варьированием формы, размеров час­тиц и их соотношения у различных представителей. Для них харак­терно большое 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 Al 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 (галит), гипс, известняки.

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.

 

Рис. 8.5. Структуры осадочных пород: а — зернистая (песчаник); б — болитовая (известняк химического образования); в —ракушечная (известняк биогенный); в песчанике цемент кальцитовый (с)

 

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 дресвой (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, 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 применяют 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 — 0,3—0,5 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 золовые 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 служат 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 лесс — светлоокрашенная пористая (46—50%) порода, содержащая кварц, полевые шпаты, до 30% кальцита и до 50% глинистых мине­ралов. Плотность лессов 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 — полиминеральные, 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 — сырье 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 CO₂. Процесс каолинизации полевых шпа­тов схематически представляется в следующем виде:

Каолинитовые глины относятся к континентальным отложениям и образуются в условиях кислой среды. Они используются в произ­водстве фарфорофаянсовых изделий, цемента, шамота. Месторождения каолинитовых глин находятся на Урале, Украине, 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 Ca, Mg и K и неразбухающие кальциевые — с преоб­ладанием Ca над катионами Na и Mg. К первым относятся бентони­ты и флоридины, породы белой, серовато-белой, розоватой и дру­гой окраски, характерная особенность которых - 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 являются замечательными адсорбентами, так как обладают высокой поглотительной способностью. Их месторожде­ния имеются в Крыму, Приднепровье, Закарпатье, Средней Азии, Грузии.

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) цементы, малой цементирующей способно­стью отличается глинистый цемент. Ниже приводится описание главных представителей этой группы.

Брекчии — 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 брекчии 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 используют 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 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 неводостойкие. 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. Их приме­няют для получения стенового камня, бута, щебня, а также де­коративного отделочного материала. Разновидности песчаников, содержащие не менее 97% кремнезема, идут на изготовление кисло­тоупорных материалов и сырья, для получения огнеупоров, абрази­вов и др., используются в сооружениях. Широко распространены в Карелии, н