13.Горные породы: классификация, минеральный состав, строение, свойства, применение в строительстве.

Классификация горных пород.

Природные каменные материалы получают из горных пород, залегаемых в верхних слоях земной коры в виде сплошных массивов и скоплений обломков разной крупности. Каменные строительные материалы получают механической обработкой горных пород путем раскалывания, распиловки, дробления, обтески, шлифовки и полировки, поэтому их свойства в основном зависят от качества исходной горной породы, ее химических, физических и механических свойств. Качество горных пород, из которых изготовляют дорожностроительные материалы, в свою очередь, зависит от минералогического состава, структуры, текстуры и состояния свежести породы.

По геологическому происхождению (генезису) горные породы разделяются на три основные группы с подгруппами:

I. Изверженные (магматические) —первичные:

А. Глубинные (интрузивные) —граниты, сиениты, диориты, габбро и др.

Б. Излившиеся (эффузивные)—диабазы, порфиры, базальты, туфовые лавы и др.

II. Осадочные — вторичные:

А. Механические, обломочные отложения: 1)рыхлые — валуны, щебень, гравий, песок; 2) сцементированные — песчаники, конгломераты, брекчии.

Б. Органогенные и химические образования —различные известняки, доломиты, магнезиты, гипс, ангидрит.

III. Метаморфические (видоизмененные)—гнейс, мраморы, кварциты.

По химическим исследованиям состава горных пород верхних слоев земной коры выявлено преобладание в них кремнезема SiO2— 59,12% и глинозема Аl2О3— 15,34%, дальше следует окись кальция СаО — 5,08%, окись натрия N2O — 3,84, окись железа FeO —3,80; окись магния Mg —3,49; К2О — 3,13; Fe2O3 —3,08% и немного других окислов и химических элементов. Как видно, породообразующие минералы изверженных пород по своему химическому составу разнообразны. Примерно из 2500 различных минералов породообразующими являются около 50.

Главные породообразующие минералы распределены в горных породах, применяемых в строительстве, примерно в следующих пропорциях: полевые шпаты (ортоклазы и плагиоклазы) — 57,9—59,5%; роговая обманка, авгит; оливин, змеевик— 16,8%; кварц— 12— 12,6; слюда 3,6—3,8; кальцит (известковый шпат) — 1,5; каолинит и другие аналогичные минералы— 1,1 % и т. д.

Горные породы представляют собой более или менее однородные минеральные агрегаты, слагающие земную кору, состоящие из одного или нескольких минералов, Горные породы, состоящие из одного минерала, называют простыми или мономинеральными (кварцит, гипс), а из нескольких минералов (гранит, базальт, гнейс) — сложными или полиминеральными.

Использование щебня в строительстве автомобильных дорог.

Классификация горных пород.

а) Изверженные горные породы.

б) Осадочные, скальные горные породы.

в) Метаморфические (видоизмененные) горные породы.

Свойства природных каменных материалов.

а) Физические свойства.

б) Объемная масса.

в) Водопоглощение.

г) Морозостойкость.

е) Механические свойства.

ж) Прочность на удар.

Щебень и его свойства.

а) Гранулометрический состав.

б) Пустотность щебня.

в) Морозостойкость щебня.

г) Прочность щебня при сжатии

е) Прочность щебня при ударе.

Рыхлые каменные материалы.

Горные породы, как уже отмечалось, состоят из одного или нескольких минералов, при этом минералы, составляющие основную массу породы, называются породообразующими, а присутствующие в виде примесей — акцессорными. Породообразующими минералами являются кварц, полевые шпаты, оливин, пироксены, амфиболы, слюды, кальцит, доломит, гипс, ангидрит, каолинит и многие глинистые минералы. Примеры акцессорных минералов: гранаты, ильменит, циркон и др. Ряд акцессорных минералов представляет большую ценность и извлекается из горных пород (золото, платина, магнетит и т. д.).

При диагностике горных пород обычно устанавливают состав породообразующих минералов. Для более детальных исследований определяется химический состав горных пород, который выражается соотношением содержания основных оксидов. Результаты сводятся в таблицы, строятся диаграммы. Особенности химического состава горных пород иногда отражаются и в их внешних признаках. Так, магматические породы, содержащие больше Si02 (более кислые), имеют более светлую окраску.Строение горных пород отражает условия их формирования, оно характеризуется структурой и текстурой породы.

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 разделятся 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.

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.

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 неполнокри-сталлической 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.

В составе магматических пород существенное значение имеют оксиды Si02; AI2O3; FeO; MgO; CaO; Na20; 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 пирокеениты, расположенные в порядке уменьшения в них кремнезема.