Для производства строительных материалов и изделий горные породы добываются из поверхностных слоев земной коры, в состав которой входят все химические элементы. Минералы обладают рядом свойств, оказывающих большое влияние на технические свойства пород, среди которых выделяют твердость, спайность, излом, блеск, окраску, плотность. Эти свойства зависят от строения и прочности связей в кристаллической решетке.

Твердость оценивается по шкале Мооса, которая состоит из десяти минералов, расположенных в порядке возрастания их твердости: тальк, гипс, кальций, флюорит, апатит, полевой шпат, кварц, топаз, корунд и алмаз. Показатель твердости материала имеет большое практическое значение, так как косвенно позволяет судить о механических свойствах природного камня.

Спайность проявляется в виде способности минералов раскалываться по определенным направлениям с образованием гладких поверхностей - плоскостей спайности. Спайность вместе с показателями твердости помогает предварительной оценке механических свойств природных материалов.

Излом является характеристикой неровной поверхности раскола минерала, прошедшего не по направлениям спайности. Среди разнообразных видов излома выделяются ровный, ступенчатый, неровный, раковистый, занозистый, землистый. Они позволяют не только диагностировать, но и оценивать свойства минералов.

Окраска обусловлена присутствием красящих элементов (хромофор) в составе минерала. Для большинства минералов она сохраняется постоянной и имеет определяющее значение для декоративной характеристики природного камня.

Плотность зависит от химического состава и структуры, атомной массы элементов. Числовые значения плотности имеют практическую ценность при оценке качества минерального сырья и используются при его обогащении.

Наиболее распространены и важны в породообразующем отношении минералов следующие представители класса силикатов: полевые шпаты, нефелин, авгитслюды, гидрослюды, а также вторичные силикаты – тальк, асбест, каолинит, монтмориллонит. Они широко используются в строительстве и в промышленности строительных материалов (стекольная, керамическая и др.). Некоторые породы из силикатов образуют крупные массивы, имеющее промышленное значение и используются при производстве цемента, стекла. Такой представитель как мусковит используется как отличный электроизоляционный материал, а в строительстве как посыпочный материал при изготовлении кровельных материалов (рубероид), огнеупорных красок, керамических изделий.

К группе слоистых силикатов относится тальк (находит применение в порошкообразном виде в качестве наполнителей пластмасс, паст, глазурей и кислотоупорных изделий), асбест (используется для изготовления асбестоцементных изделий, теплоизоляционных труб, панелей), каолинит (имеет совершенную спайность, легкую расщепляемость; каолиновые наполнители широко применяются при производстве пластмасс, эмульгаторов, красителей), монтмориллонит (используется как отбеливатель, наполнитель, эмульгатор в резиновом, пластмассовом, керамическом и других производствах) и др.

В класс оксидов входят такие минералы как кварц, кремнезем - опал, гематит (красный железняк) и лимонит (бурый железняк). Они могут иметь высокую, среднюю и низкую твердость. Кварц получил широкое распространение в качестве облицовочного и конструкционного строительного материала, является хорошим абразивом, а также используется как сырье для производства оптических приборов, химической посуды. Осадочными опалсодержащими породами являются трепелы, диатомиты, опоки, мергели, применяемые как гидравлические добавки при производстве цемента, абразивов, а также для изготовления керамических изделий и легких блочных материалов. Гематит и лемонит являются ценным сырьем для получения чугуна и стали.

К классу карбонаты относятся кальцит, магнезит, доломит, натрит. Кристаллический минерал кальцит встречается в виде мощных отложений известняков, мрамора, которые являются ценным поделочным материалом, сырьем для производства цемента, извести, огнеупоров. Магнезит имеет большое промышленное значение, особенно при производстве высокоогнеупорных изделий; натрит применяется при производстве стекла, в металлургии.

Сульфаты характеризуются невысокой твердостью и прочностью, высокой спайностью. Для строительных целей используют ангидрит, гипс, барит и мирабилит.

Наиболее распространенным представителем класса сульфидов является пирит. Пиритовые руды служат сырьем для получения серной кислоты, причем побочный продукт этого производства пиритовые огарки, используются в технологии производства портландцемента, а также для получения красок или в качестве железной руды.

Горные породы

Все породы по происхождению разделяются на три типа: магматические, осадочные и метаморфические. Многие представители магматических пород применятся в качестве декоративного, поделочного и художественного материала, находят применение для отделочных работ, другие (диориты) имеют свойства противодействовать различным вибрационным действиям, поэтому их используют как подпорные камни, фундаменты мостовых сооружений. Особое распространение получили вулканогенные породы в качестве гидравлических и минеральных добавок к цементу.

Общими свойст­вами осадочных пород являются одинаковые формы залегания в виде пластов, с которыми связаны их характерные текстурные при­знаки- слоистость и пористость. Последняя особенно важна, так как оказывает большое влияние на физико-механические свойства пород: прочность, плотность, водопоглощение, морозостойкость, механическую обработку и др. Осадочные породы представляют особый интерес для строите­лей, так как они служат основаниями и средой для различных со­оружений и повсеместно доступны в качестве строительных мате­риалов. Гравий применяется в железобетонных сооружениях, дорожном строительстве и как фильтрующий материал; песок является главным сырьем для получения керамики, стекол, бетонов и растворов, кирпича, используется для дорожных покрытий; полимерные глины являются сырьем для производства кирпично-черепичных изделий грубой керамики, глинозема, огнеупоров и т.д.

К наиболее распространенным метаморфическим (измененным) породам относятся гнейсы, кристаллические сланцы, квар­цы и мраморы.

Г н е й с ы используются в виде облицовочных плит, для кладки фундаментов, в качестве мостильного и бутового камня и др. Гнейсы являются самыми распространенными метаморфическими породами. Кристаллические сланцы отличаются спо­собностью раскалываться на ровные тонкие пластинки, обладают достаточной плотностью, вязкостью, твердостью и водостойкостью, поэтому используются как местный кровельный материал, применяются в качестве сырья для получения шунгизитового гравия, черного цемента, красок, добавок при изготовлении силикатного кирпича, штучных плит для полов, плинтусов, а также как декоративный и скульптурный материалы. Кварциты – прочные породы: предел прочности их составляет 100…400 МПа, а средняя плотность изменяется от 2800 до 3000 кг/м³. Применяются главным образом в производстве динаса, а также как абразив­ный кислото- и щелочестойкий материалы. Красивые разновидно­сти кварцитов являются прекрасным декоративным и облицовоч­ным материалом. Мраморы широко применяются для внутренних отделочных работ, а в виде крошки - при приготовлении цветных штукатурок, облицовочного декоративного бетона.

Материалы и изделия из горных пород

В настоящее время природные каменные материалы широко используются в строительстве. Они относительно доступны и обладают высокими техническими показателями: прочностью, морозостойкостью, долговечностью, хорошими декоративными свойствами.                                                    

В зависимости от способа обработки горных пород различают следующие виды каменных материалов и изделий: добываемые выпиливанием из массива или путем выкалывания плиты и блока для каменной кладки, облицовочные плиты, профильные детали и др. Некоторые материалы подвергаются обработке скалывающими инструментами, например бортовой камень, другие - грубоколотые, направляются непосредственно на строительные объекты без последующей механической обработки (брусчатка).

Крупный рваный камень (бут) получают после взрывания пород в карьере или при шпуровой разделке крупных блоков; при последующем дробле­нии из него получают щебень, каменную крошку, песок, а при по­моле - минеральный порошок. Из природных сортированных зале­жей добывается окатанный обломочный материал в виде валунов, булыжника, гальки, гравия. Из природного камня без изменения его состава получают также плавленые материалы (каменное литье).

Для каждого конкретного строительства СНиПом рекоменду­ются определенные виды материалов и изделий из природного кам­ня. Для возведения фундаментов, например, пригоден бутовый ка­мень, пиленые и колотые камни из всех видов пород, а для кладки стен — камни (плиты), блоки из всех разновидностей известняков, доломитов, песчаников, вулканического туфа; для наружной обли­цовки применяют облицовочные плиты, профильные изделия из гра­нита, сиенита, диорита, габбро, базальта, кварцита, иногда мрамора и др., а для внутренней отделки - те же наименования изде­лий, но получаемые из мрамора, мраморовидных известняков, гип­сового камня, туфов и др. (рис. 33). Природный камень широко используется в дорожном строительстве в виде бортового и мостильного камней, брусчатки; для защитной облицовки мостовых опор, парапетных, карнизных, а также тротуарных плит (рис. 34). Эти изделия изготовляются из гранита, диорита, габбро, базальта, песчаника и показывают высокую эксплуатационную стой­кость.

Рис. 33. Разновидности штучных изделий из природного камня:

1 – облицовочные плиты: а - тесаные; б - пиленые;

2 – стеновые блоки: а - колотый; б - тесаный; в - пиленый

Рис. 34. Разновидности штучного камня, применяемого в дорожном строитель­стве

1 - бортовой камень; а - прямой; б - лекальный; в - для съездов;

2 - брусчатка (а) и шашка (б) для мозаиковой мостовой