Каменные материалы естественные, природные применяются в строительстве, подвергаясь обычно лишь механической обработке.
В строительстве каменные материалы идут на:
В зависимости от применения материала он должен отвечать требованиям, которые предъявляются к нему соответствующей частью сооружения.
Выбор того или иного материала для какой-либо части сооружения производится на основании сопоставления свойств данного материала с требованиями соответствующей конструкции.
По геологическому происхождению горные породы делятся на изверженные, осадочные и метаморфические.
Кремнезем — ангидрид кремневой кислоты. Встречается в изверженных горных породах в кристаллической форме гексагональной системы. Кристаллический кремнезем называется кварцем; кремнезем в скрыто кристаллической форме называется кремнием.
Полевой шпат — наиболее распространенный силикат. Полевой шпат имеет две разновидности: ортоклаз и плагиоклаз. Ортоклаз кристаллизуется моноклинной системой. Химич. состав — К20 • А1203 • 6Si02. Имеет резко выраженную спайность. По прочности, химически стойкости и твердости (6 по шкале Мсоза) полевой шпат уступает кварцу. Плагиоклаз делится на альбиты Na20 • А1203 • 6Si02 и анортиты СаО • А1203 • 2Si02. Кристаллизуется по триклинной системе.
Обладает меньшей прочностью, чем ортоклаз. Полевые шпаты часто делятся в зависимости от весового содержания кремнекислоты на кислые и основные. Кислыми называются минералы, в которых содержание Si02 более 66%, средними — с содержанием SiOa 52—66% и основными — менее 52%. Альбит содержит 68,7% Si02 — кислый полевой шпат, а анортит содержит 43% и должен быть отнесен к основным плагиоклазам. Деление полевых шпатов на основные и кислые важно, поскольку по этому признаку классифицируются изверженные породы. Уд. в. полевых шпатов 2,6—2,7. Полевые шпаты легко выветриваются. Продуктом выветривания полевого шпата, являются глины и кальциты, если выветривается известково-натровый полевой шпат. При определении пригодности полевошпатовых пород к использованию на строительстве устанавливают, не началось ли разложение полевого шпата. Породы с признаками выветривающегося полевого шпата имеют сильно пониженную прочность.
Пироксены и амфиболы. К пироксенам относится наиболее распространенный — авгит, к амфиболам— роговая обманка.
В химическом отношении эти минералы представляют собой изоморфные смеси силикатов кальция, магния и железа. По химическому составу оба минерала почти не отличаются друг от друга. По внешним признакам они также мало отличаемы. Под микроскопом отличие этих минералов друг от друга легко устанавливается, т. к. угол спайности у роговой обманки 124°, а у авгита 84°. В поперечном сечении кристалл авгита 8-угольный, а роговой обманки 6-угольный. Оба минерала окрашены в зеленый, бурый, а иногда и черный цвета. Роговая обманка иногда имеет янтарный блеск. Авгиты более тусклы.
Гранит — наиболее распространенная изверженная порода. В состав гранита входят следующие минералы: полевой шпат (ортоклаз) в количестве 40—70% от общего веса, кварц 20—40% и слюда 5—20%.
Сиенит — гранит, но почти совсем лишенный кварца. Встречается и применяется там же, где и гранит. По прочности и стойкости сиенит немногим уступает граниту.
Диорит — плагиоклазовая порода, содержит полевой шпат, слюду, темный минерал — роговую обманку, а иногда и кварц. При большом содержании роговой обманки диорит приобретает темную окраску. Встречается там же, где и гранит. По техническому свойствам не уступает граниту.
Излившиеся породы обладают плотной или пористой структурой. Пористая структура образуется вследствие выделения паров и газов при застывании магмы, изверженной из недр земли. В излившихся породах встречаются помимо кристаллических зерен скопления вулканического стекла, застывшего без распадения расплавленной массы на отдельные минералы. К плотным излившимся породам относятся:
Базальт — горная порода, состоящая из полевого шпата, авгита с большой примесью стекла, цвет почти черный.
Диабаз такого же состава, как базальт, но не содержит стекла. Цвет темный, иногда зеленый, зернистый. Весьма прочный. Применяется для мощения улиц и дорог, а также в виде щебня для бетона. Разрабатывается в Карелии (на берегу Онежского озера) и в Крыму.
Андезит по составу близок к базальту (содержит плагиоклаз, роговую обманку и авгит). Обладает высокими кислотоупорными свойствами. Разрабатывается на Кавказе.
Излившиеся пористые породы имеют широкое применение в строительстве. Наиболее распространены из них следующие породы.
Пемза — вулканическое стекло, застывшее в пористом состоянии вследствие выделения паров. Пористость пемзы делает ее легкой. Объемный вес 400 кг/м2 (в рыхло насыпанном состоянии). В состав пемзы входит кремнезем Si02 (около 70%), глинозем А1303 (ок. 13%).
Туфы — вулканическая пористая лава, но более плотная, чем пемза. В строительстве известен артикский туф, залегающей в Армении в местечке Артик вблизи Ленинакана. Артикский туф — лава давно потухшего вулкана Алагез. Мощность месторождения определяется в 100 млн. м3. Артикский туф — плотный камень с вкраплениями темных кусков шлакообразного вещества. Химич. состав: Si02 — 65% и А1203 — 17%, пористость ок. 60%. Объемный вес в среднем 1 100 кг/м2. Прочность 80—90 кг/см2, теплопроводность 0,30. По цвету туф бывает розовато-фиолетовым и до темнофиолетового. На кладку стен идет в виде крупных блоков. Щебень из туфа идет в качестве легкого заполнителя. Шлифованная шероховатая поверхность хорошо красится. Большая влагоемкость требует в средних и северных широтах покрытия поверхности камня изолирующим материалом.
Трахиты — породы, по составу близкие к сиенитам, но более пористые, т. к. они застыли на поверхности земли, не испытывая давления. В отличие от сиенита трахиты содержат вулканическое стекло. Применяются в виде щебенки в бетон и как дорожный материал, если нет более твердой породы.
Кальцитом — известковым шпатом — называется весьма распространенный в осадочных горных портах минерал, химич. состав которого выражается формулой СаС03. Кальций встречается в виде хорошо образованных кристаллов или сплошных масс разнообразного строения. Окраска кальцита от белого до бурого объясняется наличием различных примесей. Твердость кальцита равна 3. Уд. вес 2,72. Присутствие кальцита в какой-либо породе может быть легко обнаружено соляной кислотой; кальцит энергично реагирует с кислотой, выделяя с шипением С02.
Магнезит и доломит широко распространены в природе. Магнезит MgC03 не применяется в виде естественных каменных материалах, но из него приготовляют каустический магнезит, нужный для получения магнезиального цемента. Значительно большее применение магнезит имеет в огнеупорной промышленности для изготовления огнеупорных изделий. Доломит представляет собой по химическому составу двойную соль — СаС03 • MgC03. Он встречается в виде зернистых, реже землистых масс. Твердость 3,5—4. Уд. в. 2,85—2,95.
Гипс — водная сернокислая соль кальция CaS04-2H20. Гипсы как в строительстве неприменимы, но они идут в большом количестве на получение алебастра и гипсов различной тонкости помола.
Каолинит — минерал химического состава А1а03 • Si02 • 2Н2О, образуется при выветривании полевых шпатов и входит в состав многих глин.
Известняки — углекислый кальций; происходят они гл. обр. из осадков скелетов животных и растений.
Песчаники и кварциты — породы, состоящие из сцементированных зерен обломочных пород. В состав песчаников входят зерна обломочных горных пород и промежуточная масса, связывающая зерна пород. Различают следующие виды песчаников:
Мрамор — кристаллический известняк из чистого СаС03 или с примесью MgC03. Цвет мрамора весьма разнообразный: белый, серый, черный, красный, розовый, голубой, синий и другие. Кроме того мраморы дают различные рисунки от имеющихся в них прожилок. Зерна размером от видимых лишь под микроскопом до размера 3—5 мм. Лучшие мраморы плотные, одноцветные, мелкозернистые. Эти мраморы хорошо сопротивляются выветриванию. Мрамор хорошо обтесывается и полируется.
В зависимости от способов их использования в строительстве, природные каменные материалы можно подразделить на следующие виды:
При использовании в строительстве каменных материалов в их природном виде происхождение горных пород и их химический и минералогический состав обычно имеют второстепенное значение, а основное значение имеют прочность, морозостойкость, декоративные качества и другие свойства, определяющие область применения каменных материалов.
Наиболее массовыми материалами в современном промышленном строительстве являются щебень, гравий и песок, поскольку они образуют (по объему) основную массу бетона и железобетона.
Годовая потребность строительства в нерудных материалах постоянно растет.
Пригодность щебня, гравия, песка и природных гравийнопесчаных смесей для строительных целей определяется их зерновым составом, прочностью и морозостойкостью горных пород, образующих данный материал, а также содержанием в нем различных примесей (глинистых, пылевидных и др.)
Для обеспечения предъявляемых требований производят обогащение — рассев дробленого щебня и природных смесей на фракции определенной крупности (которые затем смешивают в определенных количествах), добавку необходимых фракций, промывку и т. д.
Обеспечение строительства достаточными количествами таких материалов при строго определенных их качествах и невысокой стоимости является в настоящее время серьезной горнопромышленной задачей народного хозяйства.
