У складі літосфери на частку осадових порід доводиться лише близько 5%, однак вони займають до 75% площі поверхні Землі. Характерним для осадових порід є шаруватість залягання (їх називають пластовими) і в більшості випадків більш пористу будову і менша міцність, ніж у щільних магматичних порід. Залежно від умов утворення осадові породи підрозділяють на три групи: механічні відкладення (уламкові), хімічні опади, органогенні відкладення.
Механічні відкладення (пухкі і цементовані) утворилися в результаті руйнування інших порід під впливом процесу вивітрювання (дію води, вітру, коливань температури, заморожування і відтавання і інших атмосферних чинників). В результаті навіть найміцніші масивні магматичні породи руйнуються, утворюючи уламки різних розмірів: брили, шматки і більш дрібні частинки.
Поряд з механічними руйнуваннями внаслідок взаємодії складових частин гірських порід з речовинами, що знаходяться в навколишньому середовищі, може відбуватися хімічне руйнування. Так, польові шпати під дією води, що містить діоксид вуглецю, руйнуються, утворюючи водні силікати алюмінію.
Продукти руйнування залишаються на місці або частіше переносяться водними потоками, вітром, льодовиками в інші місця і після осадження утворюють пухкі скупчення пластів уламкових осадових порід (піску, глини, гравію, природного щебеню). Деякі з них в подальшому піддаються цементування природними цементамі, що випали в товщі пухких опадів з омивають їх розчинів, утворюючи суцільні (зцементовані) гірські породи різної щільності (пісковики, конгломерати, брекчії).
Хімічні опади утворилися в результаті випадання в осад речовин, які перейшли до складу водних розчинів в процесі руйнування гірських порід. Вони є наслідком зміни умов середовища, взаємодії розчинів різного складу і випаровування (гіпс, ангідрит, магнезит, доломіт, вапняні туфи).
Органогенні відкладення - породи, що утворюються в результаті відкладення відмираючого рослинного світу і дрібних тварин організмів водних басейнів. Багато морські організми при житті витягують з води солі кальцію, розчинений кремнезем для побудови своїх скелетів, раковин, панцирів, стебел. Після відмирання, осідаючи на дно і ущільнюючись, вони утворюють пластові відкладення органогенних порід. Для будівельних цілей використовують крейду, вапняки різних видів, діатоміти і трепели.
Рис.1. діатоміт природний
Хімічний і мінеральний склад осадових порід
Средневаловой хімічний склад всіх осадових порід близький до складу магматичних порід, але між собою окремі осадові породи розрізняються значно більше, ніж магматичні. Осадові породи, що застосовуються для будівельних цілей, як правило, містять такі хімічні сполуки: кремнезем в кристалічному і аморфному станах (безводний і водний), алюмосилікати (головним чином водні), карбонати (безводні), сульфати (безводні і водні).
З цих з'єднань і полягають основні мінерали осадових порід, які використовуються в будівельній справі: кварц, опал, каолініт, кальцит, магнезит, доломіт, гіпс, ангідрит.
Кварц (кристалічний кремнезем) завдяки високій стійкості при вивітрюванні залишається хімічно незмінним і входить до складу багатьох осадових порід (пісків, пісковиків, глин і ін.). У аморфному стані кремнезем в осадових породах зустрічається у вигляді мінералу опала.
Опал (SiO2 nH2 O) менш щільний (щільність -1900 ... 2500 кг / м3), міцний і стійкий, ніж кварц. Він відрізняється підвищеною внутрішньої мікропористої і високодисперсною структурою, має велику реакційною здатністю до гідроксиду кальцію і інших основних оксидів. Це властивість аморфного кремнезему широко використовують при виготовленні мінеральних змішаних в'яжучих речовин.
Каолініт - водний силікат алюмінію, утворюється при вивітрюванні польових шпатів і слюд. Колір каолинита без домішок - білий, щільність - 2600 кг / м3, твердість - 1. Каолініт і інші водні алюмосилікати типу А l 2 Оз -nSiO2 - m Н2 Про є основними при утворенні глин. Вони часто зустрічаються у вигляді домішок в вапняках, пісковиках, гіпсових та інших осадових породах. Наявність цих домішок знижує водо- і морозостійкість порід.
Кальцит (СаСО3) має досконалу спайність за трьома напрямками, щільність 2700 кг / м3, твердість 3. кальцит розчиняється в кислотах, у звичайній воді - мало (близько 0,03 г / л). Це поширений мінерал, з якого складається різні види вапняків. Забарвлення біла, сіра, іноді він прозорий.
Магнезит (MgCO3) має щільність 2900 ... 3100 кг / м3, твердість 3,5 ... 4,5. Він поширений значно менше кальциту і утворює породу того ж назви.
Доломіт (CaCO3 -MgCO3) за фізичними властивостями близький до кальциту, але більш твердий - 3,5 ... 4, щільний (щільність-2900 кг / м3) і міцний. Колір доломіту від білого до темно-сірого в залежності від домішок. Він зустрічається частіше, ніж магнезит, утворюючи породу того ж назви або входячи до складу вапняків та інших осадових порід.
Гіпс (CaSO4 -2H2 O) - мінерал кристалічної будови, його кристали мають зернисте, стовпчасті, пластинчатое, голчасті або волокнисту будову. Він білого кольору, іноді забарвлений домішками. Володіє спайностью в одному напрямку. Щільність гіпсу 2300 кг / м3, твердість 2, порівняно легко розчиняється у воді. Гіпс утворює породу того ж назви.
Рис.7. гіпс пластинчастий
Ангідрит (CaSO4) - безводна різновид гіпсу, утворює породи однойменної назви. Щільність ангідриту 2900 ... 3000 кг / м3, твердість З ... 3,5.
Найважливіші види осадових порід і їх будівельні властивості
Багато осадові породи використовують як сировину для отримання інших будівельних матеріалів, а деякі для безпосереднього застосування в якості будівельного каменю.
Пісок і гравій - гірські породи, що утворилися в результаті вивітрювання різних гірських порід. Розмір зерен піску 0,6 ... 5 мм, гравію - 5 ... 70 мм і більше.
Глини є тонкообломочного відкладеннями, що утворилися в результаті вивітрювання польовошпатових гірських порід (граніти, гнейси та ін.). За складом глини являють собою суміш мінералів каолінітової групи з зернами кварцу, слюдою, оксідамі1 заліза, карбонатами кальцію і магнію. Каолінітові глини (каолін) мають білий колір, інші глини в залежності від виду та кількості домішок можуть мати різний колір, аж до чорного. Глина при зволоженні набуває пластичні властивості і після випалу переходить в камневидное стан. Вона є основною сировиною в керамічній промисловості і при виробництві цементів (див. Гл. 3 і 5).
Гіпс і ангідрит - породи хімічного походження, що складаються в основному з мінералу гіпсу і ангідриту. Зовні і за своїми фізико-механічними властивостями вони мало відрізняються один від одного. Їх застосовують для виробництва в'яжучих речовин, а деякі різновиди - для внутрішнього облицювання будівель.
Магнезит - порода хімічного походження, що складається в основному з мінералу магнезиту. Його застосовують для виготовлення вогнетривких виробів, частково для отримання в'яжучих речовин (каустичної магнезиту).
Мел - порода органогенного походження, зазвичай білого кольору, землистого складання, представлена мікроскопічними раковинами найпростіших організмів. За хімічним складом майже цілком складається з карбонату кальцію, має невелику міцність. Застосовують в якості білого пігменту в барвистих складах, приготуванні замазки, а також при виробництві вапна і портландцементу.
Діатоміт - органогенна порода, що утворилася з панцирів діатомових водоростей і частково з скелетів радіолярій і губок, між якими осаджувалися найтонший мул і глина. Складається в основному з аморфного кремнезему у вигляді мінералу опала
В якості будівельного каменю головним чином застосовують вапняки різних видів, доломіт і пісковики.
Вапняки в більшості випадків є органогенних породами, але зустрічаються вапняки хімічного походження (вапняні туфи). Вапняки в основному складені з мінералу кальциту, але часто містять різні домішки (кремнезем, глину, доломіт, оксиди заліза, органічні сполуки), в залежності від яких колір вапняків може бути від білого до темно-сірого з різними відтінками.
При змісті глини не більше 6% породу називають вапняком; при наявності 6 ... 20% глинистих прімесей- мергелистих вапняком, а при більшому вмісті глини - мергелем. Мергель неводостоек і неморозостоек, тому як будівельний камінь не застосовується, але є цінною сировиною для виробництва цементу.
Домішка глини в вапняках, що застосовуються в якості будівельного каменю, навіть в невеликій кількості (3 ... 4%) різко зменшує їх водо- і морозостійкість. Шкідливий вплив на будівельні властивості вапняків надає також пірит РеБг. Вапняки, що містять деяку кількість кремнезему, більш міцні і стійкі, ніж інші види вапняків. Вапняки, в яких присутній доломіт, називають доломітизованими.
Щільні вапняки (щільність понад 1800 кг / м3), що складаються з дрібних зерен кальциту, пов'язаних безпосереднім зчепленням кристалів або різними природними цементамі (вапняним, вапняно-кременистим), використовують у вигляді бутового каменю (для фундаментів, стін неопалюваних будівель або житлових будинків в районах з теплим кліматом), плит та фасонних деталей для облицювання стін, цоколів і карнизів, ступенів, а також в якості щебеню для бетону, підстави для доріг і сировини для отримання вапна і портландцементу.
Вапняки-ракушечники - пористі гірські породи характеризуються невеликою щільністю, низькою міцністю і малою теплопровідністю. Їх застосовують у вигляді каменів правильної форми для кладки стін, а найбільш щільні різновиди - для облицювання стін, а також в якості щебеню для легкого бетону.
Рис.9. Ракушняк кримський
Вапняні туфи - пористі вапняки хімічного походження. Незважаючи на значну пористість, вапняні туфи характеризуються достатньою морозостійкістю, так як вони внаслідок пористого будови (пори замкнуті або великі) мають відносно низьке водопоглинання. Різновид вапняного туфу - травертин, має мелконоздреватое будова і високу міцність при стисненні (до 80 МПа), застосовують для облицювання будинків.
Доломіт - порода хімічного походження, що складається з мінералу доломіту. Властивості його близькі до вапняку щільному. Застосовують доломіт для тих же цілей, що і вапняки, а також для виробництва вогнетривів і теплоізоляційних матеріалів.
Пісковики, конгломерати, і брекчії - породи, що утворилися з пухких відкладень зруйнувалися гірських порід в результаті цементації їх різними природними цементамі (вапняним, кременистим, глинистим, залозистим і ін.). В результаті цементації пісків утворюються пісковики, зерен гравію - конгломерати, природного щебеню - брекчии. В якості будівельного каменю застосовують найбільш міцні і стійкі вапняні і крем'янисті пісковики, а також конгломерати і брекчії на цих природних цементах. Більшість пісковиків - щільні, важкі і теплопровідні матеріали. Їх використовують головним чином для кладки фундаментів, стін неопалюваних будівель, ступенів, тротуарів, облицювання будівель, а також у вигляді щебеню для бетонів і інших цілей. Конгломерати і брекчії, що володіють декоративністю, використовують в якості облицювального каменю.