Материалы Природные каменные материалы Осадочные скальные горные породы. Техническая характеристика, свойства.
Осадочные скальные горные породы Каменные материалы из осадочных горных пород характеризуются крайне разнообразными техническими свойствами, что объясняется. условиями образования этих пород: перерывы в отложении минеральных осадков, разная нх крупность, разные примеси, разная степень уплотнения и цементации, неодинаковый состав природного цемента.
Для осадочных горных пород в отличие от изверженных характерной особенностью является пластовая форма залегания, их слоистость, пористость (рисунок выше) и в ряде случаев наличие отпечатков и окаменелостей. С течением времени осадочные горные породы претерпевают ряд физико-химических изменений, которые постепенно приводят к уменьшению пористости, а в ряде случаев к исчезновению внешних признаков слоистости, которая обнаруживается только при выветривании и переработке их.
Из многочисленных сцементированных осадочных пород рассмотрим только песчаники, известняки и доломиты.
Песчаники представляют собой породы, состоящие и мелких зерен минералов, сцементированных природным цементом -в более или менее плотную массу. По минералогическому составу зерна песчаника обычно состоят кз кварца, который, как известно, наиболее устойчив против выветривания, Песчаники, состоящие из сцементированных обломков толевых шлагов (так ч называемые аркозовые песчаники) и из смеси обломков кварца, полевого шпата, слюд (серая вакка), встречаются сравнительно редко. В песчаниках, кроме основного минерала, имеются примеси других минералов — окислов, силикатов.
Цвет песчаников крайне разнообразен — от белого до темно-серого, от розового до красно-бурого и т. п., что зависит от окраски скелетных частиц, ло главным образом от цементирующего вещества и примесей. В качестве цемента в песчаниках могут быть кремнистые, известковые, железистые, гипсовые, глинистые и другие природные вещества. Если цементирующее вещество заполняет целиком промежутки между зернами, такой цемент является основным, Если же цементирующее вещество обволакивает зерна, заполняя тем самым только часть пустот, цемент называется оболочным. Наконец, свободные пространства в порах могут быть заполнены вторичным цементирующим веществом других свойств, чем оболочный цемент. В зависимости от цементирующего вещества и примесей различают песчаники: глинистые, кремнистые, железистые, известковые, доломитовые (карбонатные), гипсовые, глауконитовые, битуминозные и др.
Наибольшую прочность, твердость н устойчивость против выветривания имеют плотные, мелкозернистые, кремнистые песчаники. Однако они плохо поддаются обработке, дают обычно неправильный раковистый раскол с острым режущим ребром и отличаются хрупкостью.
Гладкая поверхность раскола, сравнительно легкая обламываемость ребер при укатке определяют низкое качество щебня кремнистых песчаников для щебеночных слоев дорожных одежд.
Раковистый излом служит признаком однородного тонкокристаллического строения, в котором отдельные зерна прочно связаны между собой.
При воздействии внешних механических сил на такого рода горные породы составляющие их зерна не раскалываются и не образуют плоскостей скольжения, как, например, у гранитов, крупнозернистых песчаников, а породы начинают деформироваться по цементу от отдельных центров. Наиболее. рельефно эти свойства заметны у сливных кварцитовидных песчаников. Известковые и в меньшей мере доломитовые песчаники менее устойчивы против выветривания; обладая сравнительно большой прочностью, они легче поддаются обработке.
Глауконитовые, а, в особенности глинистые песчаники менее устойчивы против выветривания и при увлажнении (вследствие поглощения воды и размягчения цемента) резко снижают прочность. К породам невысокого качества следует отнести и слюдистые песчаники, которые содержат заметную примесь слюды. Наиболее прочными и устойчивыми против воздействия атмосферных факторов являются кварцитовидные песчаники и наиболее слабыми - глинистые песчаники. Насколько колеблются физико-механические свойства песчаников, видно из таблицы.
Песчаники, обладая чрезвычайно разнообразными свойствами, находят примеяение в дорожном и мостовом строительстве в основном как местные материалы в виде бута, колотой шашки, щебня и, реже, штучного камня. Плитчатые песчаники используют в виде плит для устройства полов, тротуаров и т. п. Крупнейшие месторождения кварцитовидных плотных песчаников разной окраски известны в окрестностях г. Овруча. Эти песчаники вследствие высокой прочности и стойкости, однородности строения, красивой расцветки в отдельных случаях используют в строительстве для архитектурных целей. Из крупных разрабатываемых месторождений песчаников можно назвать Онежские, карьеры в районе Тулы, Путиловские, Рьгльские, Суджанскяе, Шостковскне (Сумская обл.), Уральские (Пермские, Златоустовскне, Шадринские, Свердловские), Шахтинские. Конгломераты и брекчии. Порода, состоящая из округлых обломков гарных пород размером более 2 мм, сцементиро ванных каким-либо природным веществом (известковым, доломитовым, глинистым, мергелистым, кремнистым и другим цементом) называется конгломератом, Аналогичная порода, но состоящая из угловатых обломков гориых пород, называется брекчией.
Скелет конгломератов и брекчий составляют чаще всего прочные, устойчивые против выветривания породы (кварциты, граниты); иногда встречаются породы, состоящие из обломков плотных известняков, доломитов, змеевиков. Качество конгломератов и брекчий зависит от минералогического состава, крупности и формы облом-ков, состава и цементирующего вещества. Лучшими для строительных целей являются породы, состоящие из прочных угловатых обломков, сравнительно небольших по размеру и имеющих малую пустотность, связанных прочным, устойчивым цементом.
Наиболее прочные конгломераты и брекчии — кремнистые, доломитовые и известняковые. Породы с мергелистым и глинистым цементом имеют невысокую прочность и устойчивость. Некоторые разновидности конгломератов и брекчий обладают красивым рисунком и, соот-ствующнм образом обработанные" используются для архитектурных и отделочных работ (например, обломки змеевиков, сцементированные чистым кальцитом).
Крупные месторождения конгломератов, брекчий и переходные между ними пород известны в районе Симферополя, на Северном Кавказе и в Средней Азии. Опока — тонкопористая горная порода, состоящая из сде-ггированных аморфным кремнеземом зерен кристаллического грца, магнезита, органических веществ. Цвет опоки — от тем-серого до светло-желтого. Излом гладкий, раковйстый; объем-й вес 1,2-1,5, редко 1,8; пористость 30-40%; прочность при сжатии 100-300 кГ/см2/ Опоки, как правило, неморозостойки из-за коллоидного кремнистого цемента, находясь на воздухе, самопроизвольно растрескиваются, превращаясь в мелкий угловатый щебень.
Опоки залегают или толщами, причем часто им сопутствуют опоковидные, глауконитовые и другие песчаники и мергели, или их сопровождают залежи диатомитов и трепелов. Крупнейшие месторождения опок известны в бассейне среднего и нижнего течения р. Волги и на восточных склонах Урала.
Опоки как местный строительный каменный материал еще не дшли широкого применения. Известно применение щебня из опоки как в нижнем, так и в верхнем слое дорожных одежд на местных дорогах, для цементобетона низких марок, балласта й пр. Постройка дорог из опокового щебня с добавкой извести или из щебня с обработкой органическими материалами заслуживает большего внимания, чем уделялось до сих пор.
Известняки — сцементированные горные породы различного сложения, состоящие главным образом из кальцита. Большая часть изэестняков — морского происхождения (уплотненные и сцементированные минеральные остатки отмерших растительных и животных организмов—молюсков, реже, кораллов), и лишь небольшая часть их образовалась в результате отложения углекислого кальция горячих источников (известковые туфы).
Перекристаллизация известняков может совершаться гидрохимическим путем частично в стадии уплотнения и цементации известковых осадкоз и частично в уже затвердевшей породе под влиянием давления и высокой температуры. По структуре и текстуре различают следующие разновидности известняков; плотные, кристаллические, мраморовидные, пористые, оолитовые, ракушечниковые, туфовые и землистые (мел). Кроме углекислого кальция (кристаллического, зернистого и землистого сложения), известняки обычно содержат незначительную примесь магнезита, иногда кварца, глинистых, углистых, железистых и других соединений.
В зависимости от состава известняки бывают доломитизиро-аанные (заметная примесь магнезита), глинистые (мергелистые)т кремнистые, глаукокитовые, железистые, битуминозные и др. Цвет известняков в зависимости от примесей бывает белый, красноватый, зеленоватый, желтый, серый разных оттенков. Технические свойства известняков крайне разнообразны и зависят от их состава, структуры и текстуры. Однородные, плотные, скрытокристаллические известняки, зерна которых сцементированы кальцитом, отличаются высокой прочностью (в среднем до 1500 кГ/см2), хорошей обрабатываемостью и сравнительно небольшой истираемостью. Дополнительный кремнистый цемент повышает прочность известняков до 2000 кГ/см2 и больше, но увеличивает хрупкость и твердость и обусловливает гладкий, раковистый раскол. Примесь глинистого вещества заметно снижает качество известняка как строительного камня. В зависимости от состава и структурно-текстурных особенностей прочность известняков колеблется в значительных пределах; Так, окремнелые известняки обладают прочностью при сжатии до 2600 кГс/см2, мраморовидные — до 2000 кГ/см2, плотные скрытокристаллические — до 1400 кгс/см2, плотные мергелистые — до 650 кг/см2, оолитовые — до 300 кГ/см2, ракушечные — до 100кГ/см2.
Мраморовидные известняки состоят из зерен кальцита, плотно связанных между собой небольшим количеством цемента. Величина зерен обычно бывает от 1 до 5 мм, строение которых радиально-лучистое или скорлуловагое. Эти известняки обычно отлучаются значительной пористостью, малой прочностью и твердостью и неустойчивы против выветривания.
Известняки-ракушечники состоят из известковых ракушек различных организмов, по названию которых и дают наименования отдельным их разновидностям. Ракушки разного строения и величины сцементированы в них известковым цементом с большим или меньшим количеством примесей глинистых и органических веществ, кварца и др.
Ракушечники характериауются большой пористостью (крупными порами и пустотами), малыми прочностью и объемным весом, мягкостью, воздухопроницаемостью, малой теплопроводностью и неустойчивостью против выветривания; они легко обрабатываются й поддаются распиловке, в особенности во влажном состоянии. Эти известняки широко применяют в виде блоков правильных форм для кладки стен. Для увеличения срока службы ракушечника в сооружениях внешнюю сторону блоков оштукатуривают, Известковые туфы — пористая, часто ноздреватая порода, состоящая из углекислого кальция, в разной степени уплотненная. Обычно туфы мягки, малой прочности н легко поддаются распиловке.
Некоторые разновидности туфов (тонкопористого сложения) отличаются относительной твердостью и прочностью при сжатии (до 800 кГс/см2). Эти туфы, так называемые травертино, представляют собой хороший строительный материал для гражданских и производственных зданий. Месторождения этих туфов известны в районе Ленинграда (гатчинский туф) и Пятигорска.
Мел — мягкая, землистого сложения, слабо сцементированная порода, состоящая из мелких обломков кальцита (<0,01 мм), скелетов многоклеточных организмов и микроскопических раковин (например, фораминифер). В качестве примесей в нем могут быть желваки кремния, фосфориты, а также глауко-ннтовые и глинистые вещества. Существуют переходные формы от мела к известняку. Плотные разновидости мела с заметным количеством примесей кремния (например, месторождения среднего течения р. Дона) применяют как местный строительный материал.
Большинство разновидностей известняков применяют в дорожном строительстве в виде бута, щебня, шашки для мощения, штучных блоков. Из плотных перекристаллизованных известняков изготавливают плиты, брусчатку и высокосортный щебень. Месторождения известняков широко распространены на территории СССР. Крупные месторождения известны в Ленинградской, Московской областях, на Украине, в Молдавии, на Урале, в Крыму, Средней Азии. Доломитом называют горную породу, состоящую из минерала доломита (карбонат Са и Mg) с примесями глинистого, железистого, кремнистого и других веществ. Доломиты бывают зернистой, оолитовой и кристаллической структуры.
Твердость доломитов несколько выше известняков; плотные, а также окременелые разновидности отличаются значительной прочностью и повышенной устойчивостью против выветривания. В дорожном строительстве материалы из доломитов применяются наравне с материалами из известняков.
