Горные породы

– магматические — первичные, образующиеся при остывании магмы;
– осадочные — вторичные, образовавшиеся в результате выветривания магматических пород;
– метаморфические — осадочные и магматические породы, изменившие свое строение и свойства в результате длительных физико-химических процессов, протекающих под воздействием высоких давлений, температур и минерализованных вод, во время нахождения их в земной коре.

Магматические породы
Магма представляет собой высокотемпературный силикатный расплав, который в зависимости от режима охлаждения может образовать:
– плотные кристаллические породы, если остывание магмы происходило медленно и под большим давлением в глубине земной коры (глубинные магматические породы);
– аморфные (стеклообразные) или слабозакристаллизованные, а при наличии газа в магме — пористые породы (излившиеся магматические породы).

Глубинные породы
Глубинные породы, образование которых происходило под значительным давлением верхних слоев, остывали медленно и сравнительно равномерно.
Такие условия были благоприятны для кристаллизации минералов, составляющих горную породу.
В связи с этим глубинные породы массивны, плотны и состоят из тесно сросшихся более или менее крупных кристаллов; они обладают большой плотностью, высокой прочностью на сжатие и морозостойкостью, малым водопоглощением и большой теплопроводностью.
Глубинные породы имеют зернистое кристаллическое строение.
К ним относятся: граниты, сиениты, габбро и диориты.

Гранит
Гранит — зернисто-кристаллическая порода, сложенная из трех минералов: кварца (20…40 %), полевых шпатов (40…70 %) и слюды (5…20 %).
Строительные свойства гранитов следующие: плотность — 2600…2700 кг/м3; предел прочности при сжатии — 100… 250 МПа, а при растяжении, как и у других каменных материалов, в 20…30 раз ниже; вследствие малой пористости и низкого водопоглощения (< 1 %) граниты очень морозостойки (Мрз > 1000); химическая стойкость их также высока; граниты — твердые породы (твердость более 6).
Цвет гранитов определяется цветом полевого шпата и бывает чаще всего серым, розовым и темно-красным.
Граниты хорошо полируются, приобретая декоративный вид.
Граниты широко применяют для облицовки зданий и инженерных сооружений (набережные, мосты и т. п.), устройства полов общественных зданий и монументальной скульптуры.

Гранит

Сиениты — аналоги гранита, но без кварца (образовались из средних магм); свойства и области применения такие же, как у гранита.
Диориты — темно-серая мелкокристаллическая порода, состоящая в основном из полевых шпатов (около 75 %) и темноокрашенных минералов.
Плотность — 2800…3000 кг/м3.
Отличается повышенной ударной вязкостью.
Применяют для облицовки и в дорожном строительстве (брусчатка и т. п.).

Диориты

Габбро
Габбро — крупнокристаллическая порода, образовавшаяся из основной магмы; состоит из полевых шпатов (около 50 %) и темноокрашенных минералов (авгита, роговой обманки и т. п.).
Плотность — 2900…3300 кг/м3; предел прочности при сжатии — 200…350 МПа.
Как и гранит, габбро характеризуется высокой морозостойкостью и стойкостью против выветривания.
Цвет — темно-серый, темно-зеленый до черного.
Габбро хорошо полируется и имеет красивую текстуру.
Одна из разновидностей габбро — лабрадорит — очень декоративна благодаря содержащемуся в ней ирризирующему полевому шпату.

Габбро

Лабрадорит

Излившиеся плотные породы
Излившиеся плотные породы имеют слабозакристаллизованную или стеклообразную структуру.
Для ряда излившихся пород характерна порфировая структура, когда в общей аморфной массе вкраплены кристаллы какого-либо минерала.
Так, излившийся аналог гранита — кварцевый порфир — имеет вкрапления кристаллов кварца, аналог диорита — порфирит — имеет вкрапления полевых шпатов.
Плотные излившиеся породы менее декоративны и менее стойки к выветриванию, чем их глубинные аналоги.

Базальт
Базальт — аналог габбро — самая распространенная излившаяся порода; в зависимости от условий образования имеет стекловатую или скрытнокристаллическую структуру.
Цвет базальта — темно-серый до черного.
По физико-механическим показателям базальт аналогичен габбро, а по прочности даже превосходит его (Rсж достигает 500 МПа).
Базальты очень твердые, но хрупкие породы, что затрудняет их обработку.
Применяют их главным образом как щебень для бетона, отсыпки железнодорожных путей и т. п.
Базальт также используют в качестве сырья для каменного литья и получения высококачественной минеральной ваты.

Базальт

Излившиеся пористые породы
Излившиеся пористые породы образовались непосредственно при извержении вулканов.
Первичными продуктами извержения являются вулканические пеплы, пески и пемза; с течением времени они могли цементироваться, образуя туфы.
Вулканические пепел и песок — порошкообразные частицы, имеющие стеклообразное строение, благодаря чему при добавлении извести или цемента, а иногда и самостоятельно они способны к твердению.
Используются как активная добавка к вяжущим (впервые были использованы в Древнем Риме — пепел Везувия — для придания извести водостойкости).

Пемза
Пемза — очень пористая легкая порода в виде кусков размером 5… 100 мм.
Плотность пемзы в куске — 500… 1000 кг/м3.
Большая пористость (до 80 %) обусловливает низкую теплопроводность (0,14…0,23 Вт/(м * К)).
Прочность при сжатии пемзы не велика — 2…4 МПа, но этого достаточно для получения на базе пемзы легких бетонов.
Кроме того, пемза используется в молотом виде как добавка к цементам и в качестве абразивного порошка.

Пемза

Вулканические туфы
Вулканические туфы — порода, образовавшаяся из вулканических пеплов, которые омонолитились в результате спекания массы, сохранившей высокую температуру, или в результате природной цементации.
Вулканические туфы — пористая порода (П = 30…60 %), имеющая низкую плотность, равную 800…1800 кг/м3.
Прочность при сжатии зависит от пористости и составляет 2…20 МПа.
Теплопроводность у туфа в 1,5…2 раза ниже, чем у кирпича.
Цвет туфов разнообразный, но не яркий, а глухой; основные оттенки: красно-оранжевые и до коричневато-лиловых.
Крупнейшие месторождения туфов, возникшие в результате деятельности ныне потухшего вулкана Арарат, имеются в Армении.
Туфы используют как облицовочный материал, а в местах крупных месторождений — как эффективный материал для кладки стен.
Благодаря низкой твердости туфа стеновые камни из него вырезают механизированным способом прямо в карьере.
В тонкомолотом виде туф используют как добавку к цементам.

Вулканические туфы

Осадочные породы
Осадочные породы в зависимости от происхождения принято делить на:
– механические осадки, при образовании которых главную роль играли физико-механические процессы (воздействие воды, мороза, нагрева и охлаждения и т. п.); при этом, как правило, не менялся минеральный и химический состав исходных пород;
– органогенные осадки, которые образовались из остатков (скелетной части) живых организмов, как правило, морской фауны (ракушки, кораллы и т. п.);
– хемогенные осадки, образовавшиеся в результате растворения первичных пород и последующей кристаллизации из водных растворов.

Механические осадочные породы могут быть рыхлые (гравий, песок, глина) и сцементированные — те же рыхлые осадки, частицы которых склеены природным цементом (брекчии, конгломераты, песчаники).
При выветривании гранита кварц оказывается самым твердым и химически стойким минералом, не подвергающимся разрушению, а разрушающим более слабые соседствующие с ним минералы (полевой шпат, слюду и т. п.).
Не менее распространенной, чем песок, рыхлой осадочной породой является глина, поскольку источником ее образования служат самые распространенные минералы изверженных пород — полевые шпаты.

Природные каменные материалы
Галечник

Песчаники
Песчаники состоят из зерен кварцевого песка, сцементированного природным цементом, например, карбонатом кальция, водным кремнеземом, гипсом и т. п.
Плотность песчаников — 2300…2500 кг/м3, прочность — от 10 до 100 МПа.
Известно много памятников архитектуры: соборов и замков (например, Виндзорский замок — резиденция английских королей), построенных из песчаника.
В настоящее время песчаники используют для фундаментов, подпорных стенок, тротуаров, а особо стойкие — для облицовок; кроме того, из песчаников делают щебень для бетонов и дорожных покрытий.

Песчаник

Органогенные осадочные породы
Органогенные осадочные породы образовались в результате отложения остатков некоторых водорослей и животных организмов с последующим их уплотнением и цементацией (большинство известняков, мел, диатомиты и др.).
Органогенные осадочные породы в основном состоят из карбоната кальция СаС03 и реже из аморфного кремнезема Si02.
Главнейшие породы в этой группе — известняки различного вида, используемые человеком для самых разных целей с глубокой древности.

Известняки плотные
Известняки плотные — широко распространенная на Земле горная порода, состоящая в основном из кальцита СаС03; кроме кальцита они содержат примеси магнезита, глины и кремнезема.
Цвет известняков в зависимости от примесей: белый, светло-серый, серовато-кремовый или желтоватый.
Плотность известняков — 2000…2600 кг/м3, прочность при сжатии у них сравнима с прочностью бетона и составляет 10… 100 МПа.
Твердость небольшая — З...3,5, что позволяет легко добывать и обрабатывать известняк.
Морозостойкость известняков существенно зависит от пористости, степени цементации, наличия примесей и нуждается в постоянном контроле.
Абсолютно не стойки они к воздействию кислых сред.
Известняки — одна из самых важных горных пород для строителей.
Самый распространенный щебень для бетонов и дорожных покрытий — известняковый, и, наконец, известняк — сырье для получения извести и цемента.

Известняк

Известняк-ракушечник — пористая порода, состоящая из раковин и панцирей моллюсков, сцементированных известковым цементом.
Плотность ракушечника — 900…2000 кг/м3, прочность при сжатии — 0,5…15 МПа.
Он имеет низкую теплопроводность и легко поддается распиловке.
Используют в виде камней и блоков как местный стеновой материал.
Декоративные разновидности ракушечника применяют как облицовочный материал.
Мел — землистая горная порода, состоящая из мельчайших обломков раковин и скелетов морских микроорганизмов, представляет собой почти чистый кальцит СаС03.
Используют при производстве извести, цемента, стекла и благодаря высокой дисперсности для приготовления красок и шпатлевок.

Стеновой камень из ракушечника

Диатомиты и трепелы
Диатомиты и трепелы — рыхлые землистые породы белого, серого или желтоватого цвета, в основном состоящие из аморфного кремнезема Si02 * nН20; по внешнему виду и физическим свойствам похожи на мел.
Они образовались из остатков мельчайших водорослей, а также кремневых скелетов морской микрофауны (диатомий, радиолярий и т. п.) с примесью глины и ила.
Со временем под давлением вышележащих слоев горных пород диатомиты и трепелы уплотняются и превращаются в плотную, прочную и трудно размокающую в воде породу — опоку.
В диатомите и трепеле до 75…95 % активного кремнезема, поэтому их применяют как гидравлическую добавку к вяжущим.
Их также используют при производстве теплоизоляционных материалов.

Хемогенные осадочные породы
Хемогенные осадочные породы образовались главным образом при испарении вод, содержащих минеральные соли.
Для строителей интерес представляют сульфаты и карбонаты кальция и магния: гипс, ангидрит, известковый туф, магнезит и доломит.
Известковый туф образовался в результате выпадения СаСО3 из источников подземных углекислых вод.
Туфы пористы и имеют ноздреватое строение.
Они легко поддаются распиловке и используются для внутренней облицовки помещений, улучшая их акустические свойства.
Для этих целей приобрела популярность разновидность туфа — травертин.

Травертин

Магнезит — порода, состоящая в основном из минерала магнезита MgC03. Используют для получения огнеупорных материалов и магнезиальных вяжущих.
Доломит — порода, состоящая в основном из минерала доломита СаС03 * MgC03, с примесью глины, оксидов железа и др. По структуре и физическим свойствам доломит близок к плотным известнякам: ρm = 2200…2800 кг/м3; Rсж = 50…200 МПа. Поэтому его применяют в качестве строительного камня и щебня для бетона.
Гипс — горная порода обычно белого или серого цвета, состоящая из минерала того же названия CaS04 *2H20. В строительстве используют как сырье для получения гипсовых вяжущих. Благодаря низкой твердости применяют для изготовления мелких поделок по камню.
Ангидрит — плотная горная порода, состоящая преимущественно из минерала ангидрита CaS04. Цвет породы белый с голубым или серым оттенком. Используют для получения вяжущих и для внутренней отделки и скульптурных работ. На открытом воздухе быстро выветривается, переходя в гипс.

Метаморфические породы
Горные породы, находящиеся в земной коре, со временем могут существенно изменить структуру и свойства, не меняя принципиально свой химический состав.
Причина таких изменений — воздействие давления, повышенных температур и минерализованных вод.
Метаморфизироваться могут как магматические, так и осадочные породы.
Яркий пример метаморфизма — превращение массивной магматической породы перидотита в слоистую породу серпентинит, имеющую в своем составе тонковолокнистый минерал — асбест.
Среди метаморфических пород для строителя представляют интерес мрамор, кварцит, глинистый сланец и гнейс.

Мраморы
Мраморы — метаморфизированные известняки, состоящие из плотно сросшихся между собой кристаллов кальцита (СаС03), иногда с примесью доломита (СаС03 * MgC03).
Это произошло за счет огромного многостороннего давления на известняки в условиях повышенных температур.
Мрамор имеет высокую плотность (2600…2800 кг/м3) и прочность (Rсж = 30… 100 МПа); водопоглощение мрамора менее 1%.
При всем этом твердость мрамора не высока — З...3,5, что облегчает его обработку.
Мраморы могут быть как чисто белого цвета, так и самых разнообразных цветов с характерным «мраморовидным» рисунком.

Окраска мрамора объясняется проникновением в известняк в процессе метаморфизации минерализованных вод, из которых впоследствии кристаллизуются окрашивающие мрамор минералы — примеси: гематит, лимонит, хлорит и др.
Отличает мрамор от известняков еще одно свойство: мраморы хорошо полируются.
Мраморы широко применяют для отделки зданий и общественных сооружений.
Не рекомендуется использовать мрамор для полов с большой интенсивностью эксплуатации (он быстро изнашивается) и для наружной облицовки зданий.
Последнее объясняется тем, что кальцит не стоек к действию влаги и кислотных оксидов (в том числе и С02), содержащихся в атмосфере городов.
В этих условиях мрамор быстро теряет полировку и разрушается с поверхности.

Мраморный карьер (Италия)

Мрамор

Кварциты
Образуются при перекристаллизации кварцевых песчаников.
Имеют мелко- и среднезернистую структуру.
Обладают большой твердостью, хорошо сопротивляются выветриванию, прочность 400 МПа, плотность 2,8-3 г/см3, обладают высокой огнеупорностью до 1710-1770 оС.
Цвет кварцитов белый, красный, темно-вишневый.
Применяют их в ответственных частях зданий и сооружений, для облицовки, а также в виде щебня для бетона.
Используются в качестве подферменных камней мостов, в виде бута, щебня и брусчатки для мощения дорог и для облицовки зданий, а также при производстве кислотоупорных и огнеупорных изделий.

Кварцит

Гнейсы
Гнейсы — слоистая порода, образовавшаяся в результате перекристаллизации гранитов и других магматических пород при одноосном давлении.
Состоят из кварца, полевого шпата, слюды, роговой обманки, авгита.
Поэтому гнейсы имеют слоистое (сланцеватое) строение, что облегчает их добычу и обработку, но снижает стойкость к выветриванию.
По свойствам не уступают гранитам, но легко раскалываются по плоскостям сланцеватости, легко расслаиваются при замерзании и оттаивании.
Прочность при сжатии 100-200 МПа, плотность 2,4-2,8 г/см3.
Применяется при бутовой кладке, для фундаментов, для щебня и отчасти в виде плит для мощения дорог.

Гнейсы

Глинистый сланец
Глинистый сланец образовался из глин в результате перекристаллизации в условиях одноосного давления и повышенных температур.
Сланцы имеют темно-серый цвет и легко раскалываются на плоские плитки.
Значительно тверже глин, в воде намокает.
Прочность при сжатии 20-60 МПа, плотность 2,7-2,8 г/см3, пористость 0,3-3%.
Такие плитки, называемые шифером (от нем. schiefer — сланец), используются в качестве долговечного кровельного материала.
Используется в производстве цемента, минеральной ваты, керамики и огнеупоров, в качестве кровельного материала.
Многие архитектурные памятники в Европе имеют сланцевую кровлю.

Глинистый сланец