Природные каменные материалы
|
Природный камень играл особую роль в истории материальной культуры как прочный и долговечный материал. Поэтому культурное наследие многих стран и народов, применявших камень в быту, искусстве и строительстве, дошло до нас хорошо сохранившимся. Широкое применение камня в строительстве обусловлено доступностью сырья, высокой прочностью, сравнительной легкостью обработки ударом, высокой декоративностью, разнообразием свойств камня. Остатки сооружений из природного камня обнаружены практически повсеместно. Это пирамиды Египта и Теночтитлана, сооружения Баальбека, Великая Китайская стена и многие другие. На территории России природный камень применялся в строительстве монастырей и храмов (храм Покрова на Нерли и др.). Источником, местом добычи камня является наружная оболочка Земли (геосфера), называемая также земной корой или литосферой, которая состоит из минералов и горных пород. Минералами называют химические элементы или химические соединения, образовавшиеся в результате физико-химических процессов, протекающих в земной коре. Минералы имеют две характерные особенности: 1. Однородный химический состав и определенные, характерные для данного минерала, свойства. Большинство минералов являются химическими соединениями постоянного или переменного состава. 2. Минералы в земной коре образуются в результате природных процессов, в отличие от синтетических минералов, полученных в лабораторных и промышленных условиях. Изучены более 7000 минералов, из которых сравнительно небольшая группа (30-50 минералов) образуют горные породы, широко применяющиеся в строительстве. Эти минералы являются основной частью массы горной породы, определяют ее название и физико-химические свойства и называются главными или породообразующими. Минералы, содержащиеся в горной породе в сравнительно небольшом количестве, называются второстепенными или примесями. Свойства минералов определяют технические свойства горных пород и являются диагностическими признаками. К индивидуальным свойствам минералов относятся кристаллографическое очертание, спайность и другие. Кристаллографическое очертание - изучение кристаллической структуры является надежным способом определения минералов. Большинство минералов являются твердыми телами, имеющими кристаллическое строение. Кристаллы - твердые тела, для которых характерны однородность, анизотропность свойств и способность к образованию правильных многогранников. Строение кристалла является индивидуальной особенностью минерала; по сочетанию различных типов симметрии кристаллы подразделяют на 32 класса, которые в свою очередь разделяются на группы - сингонии. Исключением является явления изоморфизма и полиморфизма. Образование одним и тем же веществом модификаций с различными кристаллическими структурами называется полиморфизмом, а сами структуры - полиморфными формами (модификациями), например α- и β-кварц, переходы, связанные с изменением кристаллической структуры, называются полиморфными переходами. Кристаллические вещества, обладающие однотипным химическим составом и физическими свойствами, иногда образуют сходные кристаллические структуры. Это явление называется изоморфизмом. Изоморфные вещества обладают склонностью к образованию твердых растворов, кристаллов с переменным содержанием компонентов. Спайность - способность минералов раскалываться при ударе по определенным направлениям с образованием в плоскости раскола гладкой, блестящей поверхности. Раскалывание кристаллов по плоскостям спайности обусловлено плоскими сетками структуры кристалла, связи между которыми ослаблены. Различают три типа спайности: 1. Весьма совершенную (слюда), когда от кристалла можно отделить тонкие пластинки. 2. Совершенную (полевой шпат, кальцит), когда образовавшиеся обломки ограничены гладкими поверхностями. 3. Несовершенную (кварц), когда образуется в целом неровная поверхность раскола с отдельными гладкими участками. Цвет минералов может быть различным. По цвету минералы подразделяются на светлые (кварц, кальцит) и темные (биотит, оливин). Блеск минералов может быть металлическим (пирит), стеклянным (горный хрусталь). Излом - характер поверхности при раскалывании. Различают излом раковистый (кварц), землистый (мел), зернистый (мрамор) и другие. К числу индивидуальных свойств минералов относятся также твердость (определяются по минералогической шкале), температура плавления, ковкость, магнитность, радиоактивность и другие. Горными породами называют минеральные агрегаты, сложенные из одного или нескольких минералов и занимающие значительные участки земной коры. Если горная порода состоит преимущественно из одного минерала, она называется мономинеральной. Горные породы, состоящие из двух и более минералов, называются полиминеральными. Основным признаком, отличающим мономинеральную породу от соответствующего минерала, является то, что она занимает определенный объем в земной коре, т. е. является геологическим телом. Кроме того, эти породы могут содержать некоторое количество примесей. Физико-механические свойства горных пород и, следовательно, область их применения в строительстве определяются следующими показателями: 1. Минералогическим составом и содержанием минералов. 2. Строением горных пород (структурой и текстурой), характером сложения породы из минералов и минеральных агрегатов. 3. Отдельностью - формой залегания в литосфере. Структура горной породы - особенности строения, обусловленные степенью закристаллизованности, размерами, формой и способом срастания зерен. Структура горной породы, так же как и текстура, определяется условиями ее образования. Различают следующие типы структур: 1. Полнокристаллическая, зернистая - структура глубинных магматических и метаморфических горных пород (гранит, габбро, мрамор, гнейс). 2. Полукристаллическая - структура излившихся магматических горных пород. Кроме кристаллических фаз порода содержит вулканическое стекло (диабаз, базальт и др.). 3. Стекловатая - структура излившихся обломочных горных пород (обсидиан, перлит и другие). В зависимости от максимального размера зерна различают следующие структуры: 1. Крупнозернистая, размер зерна превышает 5 мм; 2. Среднезернистая, размер зерна изменяется в пределах от 2 до 5 мм; 3. Мелкозернистая, с размерами зерен от 0,2 до 2 мм. С уменьшением максимального и среднего размера зерна в структуре повышается термостойкость и долговечность горной породы. Например, мелкозернистый гранит относится к весьма долговечным горным породам, а крупнозернистый - к долговечным. По относительной величине кристаллов различают структуры равномерно- и неравномерно-зернистые (порфировые и порфировидные). Порфировая структура характерна для магматических излившихся горных пород (кварцевый порфир, порфирит), в которых полиминеральная порода содержит отдельные крупные кристаллы тугоплавких минералов и вулканическое стекло. Порфировидной называют зернисто-кристаллическую структуру. Породы с порфировидной структурой содержат отдельные крупные вкрапленники. Текстура горной породы - особенности строения, обусловленные ориентировкой и пространственным расположением минеральных агрегатов. Различают следующие типы текстур: 1. Однородная - характеризуется равномерным распределением составных частей (минералов) в горной породе. 2. Неоднородная - горная порода состоит из участков и слоев различного минералогического состава. 3. Гнейсовидная - кристаллы имеют преимущественную ориентировку, деформированы, как правило, в одном направлении (гнейс, сланцы). 4. Плотная (гранит, габбро). 5. Пористая (вулканический туф, трепел и др.). Отдельность - монолитный участок в массиве горной породы. Природные массивы горных пород обычно содержат трещины, которые разделяют массив на участки разной формы и размеров. В зависимости от условий образования и условий существования породы в литосфере, трещины в массиве часто имеют определенный характер, зависящий от поля напряжений. Различают следующие виды отдельности: плитообразную, кубическую, столбчатую, шаровую и др. Отдельность облегчает добычу (отделение от массива), но ограничивает максимальный размер штучных камней и изделий. |
