Гірські породи і мінерали в будівництві

У цій статті ми розберемося з тим, як виникли різні види гірських порід, які наразі стали основою більшості будівельних матеріалів. Представниками, яких геологічних епох вони є, які процеси вплинули на їх перетворення, що загартувало і зробило граніт і мармур твердими, а пемзу пухкою і легкою. Детальні характеристики і галузь застосування піску, щебеню, бутового каменю і деяких інших гірських порід в будівництві ви можете знайти в статті - «Що таке нерудні будівельні матеріали».

Класифікація гірських порід створена на основі способів і умов їх виникнення. Загальні принципи походження (генезису) гірських порід були вперше запропоновані М.В. Ломоносовим. Сучасна схема класифікації зображена нижче.

На схемі позначені три основні типи порід:

1. Найдавніші з усіх — магматичні, які утворилися в процесі первинного охолодження магми, вік деяких 2-3 мільярди років.

2. Осадові породи — виникли в результаті вивітрювання первинних порід (магматичних). Вплив атмосферних явищ і зміна температури призвели до ерозії та кришіння.

3. Метаморфічні — виникли в результаті перетворення перших двох видів. Під метаморфозою мається на увазі зміна структури і отримання нових властивостей під впливом високого тиску, температур і хімічної трансформації під час перебування їх у земній корі.

Магматичні породи

Магма — це розплавлена ​​до рідкого стану суміш кремнію (силікатний склад), з додаванням інших елементів. Так як земна поверхня охолоджувалась не рівномірно, то в результаті сформувалися породи з різними фізичними та хімічними властивостями:

1. Щільні кристалічні породи — формувалися, якщо охолодження відбувалося повільно, під тиском і без утворення газоподібних фракцій.

2. Аморфні (склоутворенні) породи, а також породи з частковою кристалізацією зароджувалися в місцях розломів і ближче до поверхні земної кори.

3. Ефузивні (вулканічні)гірські породи. В більшості вулканічного походження. Найлегшими і молодими з них є пористі гірські породи, що виникли в результаті охолодження потоків магми на поверхні.

Хімічний склад і фізичні властивості порід залежать від вмісту оксиду кремнію в первинній магмі.

Якщо вміст оксиду кремнію вище 65%, то магма вважається кислою і в цих породах високий вміст кварцу. У порід, які кристалізувалися в глибині земної кори з кислої магми, щільна кристалічна структура, висока міцність і стійкість до перепадів температури, яскравим представником порід цього типу є граніти.

Якщо оксиду кремнію від 50 до 65% — магма вважається середньої - сієніти (в складі порід практично відсутній кварц).

Якщо менше 50%, то основною магмою — діорити, габро.

Далі быльш детально наданні характеристики гірських порід, які масово використовуються в будівництві.

Щільні кристалічні породи

Граніт — тверда порода високої щільності (2600-2700 кг / м3). Гранична міцність на стиск 100-250 МПа, а розтягу гранітні (як і інші кам'яні) елементи намагаються не піддавати, оскільки тут гранична міцність не перевищує 6-9 МПа. Структура граніту зерниста з помітними кристалічними утвореннями. У складі граніту:

• кварц від 20 до 40%;

• польовий шпат від 40 до 70%;

• слюда від 5 до 20%, а в деяких родовищах замість слюди буває рогова обманка. 

Граніти бувають сірих, рожевих і червоних відтінків. Забарвлення йому надає польовий шпат. Вироби з граніту мають високу міцність, морозостійкість і декоративну цінність. Добре піддається обробці, гарно тримає якість шліфування та полірування, тому широко застосовується як облицювальний і скульптурний матеріал.

Застосовується, як самостійний облицювальний і конструкційний матеріал, так і входить до складу сумішей для бетону (у вигляді гранітного щебеню).

Сієніти - подібні граніту породи, але без кварцу (середня магма). Структура, фізичні і хімічні властивості схожі граніту, так само як і галузі застосування.

Діорити - містять близько 75% польового шпату, що утворилися в результаті охолодження основної магми. Колір визначається темними залізо-магнезіальними алюмосилікатами. Вони і надають діоритам темно-сірий колір та мілко кристалічну структуру. Успішно застосовується в дорожньому будівництві (облицювання, бруківка) завдяки високій ударній в'язкості. Питома щільність вище, ніж у гранітів — 2800-3000 кг / м3.

Габро — крім типової для глибинних кристалічних порід високої міцності, мають яскраво виражену декоративну цінністю. Походить з бескварцевої основної магми, кристалічна структура крупна.

Склад і характеристики:

• польовий шпат 50%;

• авгит, рогова обманка — 50%

• питома щільність — 2900-3000 кг / м3;

• міцність на стиск — 200-350 МПа

Кольори глибокі, насичені від майже чорного, темно-сірого, до темно-зеленого. Чудово піддається поліруванню і довго тримає «дзеркало».

Окремо варто згадати лабрадорит (підвид габро, насичених синіх відтінків). За декоративною цінностю не поступається самоцвітам (напівкоштовному камінню) завдяки основі з іризуючого польового шпату.

Габбро	Лабрадорит

Аморфні середньо кристалічні породи

Щільні породи, що утворилися в результаті охолодження поверхневої магми (тобто вулканічні породи) характеризуються склоутворюючою або порфіровою структурою. Тобто, окремі кристали мінералу входять до аморфної склоутворюючої маси.

Порфіри. Порода, до складу якої входить кварц, називається кварцовий порфір (родич граніту), а порфірит, що містить в собі польовий шпат - аналог діориту. Багато порфіритів володіють високими декоративними властивостями.

Базальт — по мінеральному складу і фізичним властивостям аналог габро. Найбільш широко застосовувана і поширена порода з цієї групи. Існують різновиди зі склоутворюючою або приховано-кристалічною структурами. Кольори базальтів — від темно-сірого до чорного.

Базальти складні в обробці через високу твердість, і одночасної ламкості і крихкості. Основна галузь застосування у вигляді щебеню і сировини для отримання волокон мінеральних утеплювачів (базальтова вата).

Ефузивні гірські породи 

Це породи вулканічного походження — попіл, пісок, пемза і їх додаткові складові, що допомогли зацементуватися у вулканічний туф.

Для порошкоподібних частинок вулканічного походження характерна здатність до затвердіння. Найчастіше без додавання вапна та цементу. Вперше вулканічний попіл Везувію був використаний як добавка до в'язких розчинів на будівництві.

Пемза — єдиний камінь, що не тоне у воді. Структура пориста, легка розміри фрагментів від 5 до 150 мм. Питома щільність - 500 -1000 кг / м3. Хороший природний утеплювач (0,14 ... 0,23 Вт / (м * К)). Незважаючи на низьку міцність, успішно використовується для приготування легких бетонів. Також активно використовується як абразивний інструмент (порошок і шматки).

Вулканічні туфи — попіл вулканічного походження, що затвердів та запікся. Подібно пемзі структура туфів пориста. Відсоток «порожнечі» від 30 до 60%. Термоізоляційні властивості в 1,5-2 рази вище, ніж у обпаленої глиняної цегли. Колір тьмяний червоно-оранжевий або коричнево-ліловий.

М

Як облицювальний матеріал та матеріал для кладки,  вулканічні туфи найчастіше використовують поблизу безпосередніх родовищ. Розмелений в порошок туф застосовують як добавку до цементних сумішей.

Існують осадові породи:

Механічного походження — це зруйновані і вивітрені гірські породи без зміни мінерального і хімічного складу.

Органогенні осадові породи - утворилися внаслідок мінералізації останків живих організмів океану (корали, дрібні ракоподібні, молюски).

Хемогенні породи — утворилися в результаті розчинення первинних порід і наступної кристалізації за допомогою водних розчинів.

Найбільш поширеними представниками механічних осадових порід є:

• пісок — переважний мінерал кварц (найтвердіший) утворився при розпаді і вивітрюванні гранітів;

• глина — результат розпаду польового шпату;

• гравій — результат механічного дроблення і обробки водою твердих гірських порід.

Перераховані вище породи є пухкими або сипучими за своєю структурою.

Під дією мінералізації і тиску наступних шарів вони можуть цементуватися і утворювати нові монолітні породи осадового походження: пісковики, брекчії і конгломерати.

Пісковики — це кварцовий пісок, що скріплений природним цементом, наприклад, карбонатом кальцію, водним кремнеземом, гіпсом та ін. Існують вапняні, кремнисті і деякі інші види.

Як будівельний матеріал активно використовуються вапняні і кремнисті пісковики, завдяки своїй водостійкості. Механічній обробці краще піддаються вапняні пісковики, а у кременистих пісковиків більша міцність.

Конгломерати і брекчії (природні бетони) — це зцементовані великі зерна гравію або щебеню (брекчії). Сфера їх використання така ж, як і у пісковиків.

Органогенні осадові породи

Це вапняки, основний склад яких карбонат кальцію СаС03 і рідше кремнезем Si02.

Вапняки одна з найпоширеніших і широко використовуваних гірських порід. Колір визначається домішками, бувають: білі, світло-сірі, сірувато-кремові або жовтуваті.

Властивості:

• питома щільність — 2000-2600 кг / м3;

• міцність на стиск порівнюється з бетоном, до 100 МПа;

• при цьому порода досить м'яка і добре обробляється.

Мармуроподібні вапняки — за структурою перехідна порода. Питома щільність і міцність вище, ніж у звичайного вапняку до 2700 кг / м3 і міцність на стиск до 150 МПа.

Вапняк-черепашник — добре відомий оздоблювальний матеріал. Структура пориста, склад — мінералізовані залишки раковин і панцирів молюсків. Щільність і міцність черепашнику не висока, але він чудовий природний утеплювач і легкий в обробці. Крім облицювання використовується і як матеріал для кладки стін.

Хемогенні осадові породи

Осадові породи, які залишилися на місці висохлих морів і океанів.

В якості будівельних матеріалів застосовуються: гіпс, ангідрит, вапняний туф, магнезит і доломіт.

Вапняний туф — це карбонат кальцію, що випав в осад з підземних вод, насичених вуглекислотою. Структура пориста. Досить м'які для обробки. Легко розпилювати на плоскі облицювальні блоки.

Магнезит — складається з карбонату магнію MgC03. Основна сировина для вогнетривкої цегли, для газових печей, котлів і хімічних виробництв.

Метаморфічні породи

Гірські породи з новою структурою і властивостями, без істотної зміни початкового мінерального і хімічного складу. Причина таких метаморфоз - підвищений тиск, температура, мінералізація підземними водами. Схильні до змін як вихідні магматичні, так і осадові породи. Типовий приклад метаморфізму — перетворення монолітного перідотіту в серпентиніт. Шаруватий за структурою з тонкими волокнами азбесту в структурі.

У будівництві давно і активно використовуються: мармур, кварцити, глинистий сланець і гнейс.

Глиняний сланець	Гнейс	Кварцити

Мармур — видозмінений вапняк. Являє собою ущільнену кристалічну структуру з три карбоната кальцію (СаС03), без цементної сполуки.

Різноманітність малюнків і багата кольорова гама мармуру пояснюється добавками і домішками, такими як гематит, лимонит, хлорит і т.п.

Мармур менш твердий і стійкий до дій кислот, в тому числі вуглекислого газу в порівнянні з гранітом.

Тому, не звертаючи увагу на досить привабливий зовнішній вигляд і декоративні властивості, використовувати мармур в якості підлогового і зовнішнього покриття обмежено рекомендується. Підлоги не повинні інтенсивно використовуватися, а облицювання з мармуру не рекомендується застосовувати, якщо будівля стоїть на вулиці з інтенсивним автомобільним рухом (вихлопні гази окислюють і пошкоджують структуру мармуру).

Це далеко не повний перелік гірських порід і способів їх застосування, але в якості оглядового матеріалу ця стаття буде корисна і будівельникам і просто людям, які активно цікавляться тим, як влаштований світ. Не всі, навіть серед професійних будівельників, знають, що у граніту і мармуру принципово різне походження, а воно і визначає фізичні властивості, такі як твердість, хімічна стійкість, зносостійкість.

Правильний вибір будівельних матеріалів грунтується не тільки на розмаїтті ринку і порадах продавців. Важливо розуміти походження матеріалів і природні властивості. Тільки грунтуючись на таких знаннях, ви зможете розумно підійти до вибору оптимальних будматеріалів для кожного елемента будівлі - фундаменту, стін і навіть утеплювачів. Читайте статті, радьтеся з професіоналами і тоді в дійсності ваш будинок буде вашою фортецею на довгі роки. А при виникненні питань щодо вибору будматеріалів, розрахунками потрібної кількості — телефонуйте! Ми фахівці, розбираємося в будівельних матеріалах і можемо надати якісну консультацію. Контактний телефон 0800 50-54-52.