Каменные материалы из изверженных горных пород

КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ ИЗВЕРЖЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗВЕРЖЕННЫХ ПОРОД

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

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

Излившиеся породы (эффузивные) образовались в результате остывания магмы, излившейся в виде лавы, на поверхность земли (новейшие породы) или близко к поверхности в виде жил (древние породы) при давлениях и температурах, мало отличавшихся от существующих на поверхности земли. В таких условиях остывание происходило быстро, вследствие чего не успевали образоваться крупные зерна; поэтому новейшие излившиеся породы имеют скрытокристаллическую или аморфную, стекловидную структуру. Так называемая порфировая структура древних излившихся пород показана на 6. В массу мелких зерен включены крупные «вкрапленники», образовавшиеся в магме при более или менее длительном нахождении ее в глубинных слоях земной коры. Каждой глубинной горной породе соответствует излившаяся, называемая аналогом, получившаяся из той же магмы, вследствие чего химический и минералогический состав их одинаков.

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

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

Академик Ф. Ю. Левинсон-Лессинг разработал генетическую клас

сификацию изверженных пород и составил обзорную таблицу, в кото

рой изверженные породы разделены по глубине заложения—-на глу

бинные и излившиеся, по содержанию 5Юг — на кислые, средние и ос

новные; указана также структура пород. В табл. 4 приведена краткая

выборка из классификации Ф. Ю. Левинсона-Леесинга (с позднейшими

поправками) и примерные показатели свойств важнейших горных

пород.

2.  ГЛАВНЕЙШИЕ ГЛУБИННЫЕ ПОРОДЫ

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

Гранит — одна из самых распространенных в земной коре горных пород. Это сложная кислая порода, состоящая из кварца (20—40%), калиевого полевого шпата ортоклаза (40—70%) и слюды мусковита или чаще биотита (5—20%). Иногда в состав гранита входят авгит или роговая обманка, заменяющие слюду, тогда к названию гранита добавляют слова роговообманковый или авгитовый в зависимости от названия минерала. Вследствие большого содержания ортоклаза цвет гранита чаще всего серый, голубовато-серый, темно-красный. Структура гранита (7) ясно выраженная зернисто-кристаллическая. Объемный вес гранита 2600-— 2700 кг/м5, предел прочности при сжатии колеблется от "1000 до 2500 кГ/см2 и выше, прочность при растяжении составляет от 'До ДО '/во предела прочности при сжатии. Лучшими строительными свойствами обладают граниты, содержащие больше кварца и меньше слюды. По размерам зерен граниты делятся на мелко-, средне- и крупнозернистые. Мелкозернистые граниты лучше сопротивляются механическим воздействиям, равномернее изнашиваются при истирании, устойчивее против выветривания и меньше растрескиваются при нагревании, чем средне- и крупнозернистые. Благодаря невысокой пористости и малому водопоглощению (обычно 0,9%) граниты морозостойки и выдерживают до 200 и более циклов замораживания и оттаивания.

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

Сиенит отличается от гранита тем, что не содержит кварца, поэтому общее содержание SiC>2 в нем меньше, чем в граните. Внешне сиенит напоминает граниты, но в нем менее отчетливо выражена зернистость структуры и окраска его более темная. По прочности сиенит весьма близок к граниту, но менее стоек против выветривания. Встречаются сиениты значительно реже, чем граниты. Их месторождения имеются на Урале, в юго-западной части Украинской ССР и на Кавказе.

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

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

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

3. ГЛАВНЕЙШИЕ ИЗЛИВШИЕСЯ ПОРОДЫ

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

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

К новейшим излившимся породам относятся трахит, андезит и базальт.

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

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

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

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

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

Пемза — весьма пористая порода (до 80% объема занимают поры). Это вулканическое стекло, которое образовалось при быстром охлаждении лавы на воздухе, сопровождавшемся бурным выделением из нее газов. Размер частиц пемзы от 5 до 30 мм, средний объемный вес (в россыпи) около 500 кг/м3. Вследствие наличия довольно крупных и замкнутых пор водопоглощение пемзы значительно ниже ее пористости. Пемза морозостойка и негигроскопична. Она имеет низкий коэффициент теплопроводности (0,12—0,2 ккал/м-ч-град), поэтому является хорошим теплоизоляционным материалом; предел прочности при сжатии 20—30 кГ/см2. Пемзу и пемзовые пески применяют в виде щебня и песка для приготовления легких бетонов и в виде порошка для теплоизоляции, а также в качестве шлифующего (абразивного) материала. Пемза.и другие пористые вулканические породы добываются в Армении,, а также на Северном Кавказе, на Камчатке и в других районах СССР.

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

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

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

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

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

(ортоклаз)      (поташ)           (каолинит)

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

Осаждение и накопление продуктов разрушения приводит к образо

ванию осадочных пород, которые в зависимости от условий образования

делятся на следующие основные группы: обломочные (механические

осадки), химического происхождения (химические осадки) и органо

генные, получающиеся в результате жизнедеятельности и отмирания

организмов, населяющих водные бассейны. Особенностью осадочных

пород является их слоистость — результат постепенного осаждения про

дуктов разрушения. Осадочные породы залегают в виде пластов, поэто

му их называют также пластовыми.

ОБЛОМОЧНЫЕ ПОРОДЫ

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