К природным каменным материалам относят материалы мине­рального происхождения, получаемые механической обработкой горных пород. В гидромелиоративном строительстве природные каменные материалы — песок, песчано-гравийные смеси, бутовый камень, щебень и другие — применяют для возведения комплекса инженерных сооружений на осушительных и оросительных систе­мах: регулирующей, ограждающей и проводящей сетей, шлюзов, дамб, дорог и пр.

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ГОРНЫХ ПОРОД

Горные породы — это минеральные агрегаты определенного хи­мического состава, образующие земную кору. По происхождению они делятся на три группы: магматические, или изверженные, об­разовавшиеся в результате затвердевания в недрах земной коры (глубинные) или на ее поверхности (излившиеся) силикатных рас­плавов (магмы); осадочные, возникшие в результате переноса и отложения продуктов разрушения горных пород и органических остатков; метаморфические — продукты перекристаллизации и глу­бокого изменения изверженных и осадочных пород под воздействи­ем высокой температуры и давления.

Состав и строение горных пород. Все горные породы состоят из минералов, т. е. химических элементов или соединений, образо­вавшихся в результате различных физико-химических процессов, происходящих в природе. В настоящее время известно около двух тысяч минералов, однако число породообразующих минералов, пре­обладающих в породах, сравнительно невелико — это кварц, по­левые шпаты, кальцит, доломит, слюды, амфиболы, пироксены и пр. Минералогический состав горных пород изучают микроскопи­ческим методом. Различают минералы и по некоторым их харак­терным особенностям — твердости, блеску, спайности, излому, цве­ту, форме кристаллов. Так, для кварца характерны прозрачность, стеклянный блеск, неровный излом, для полевых шпатов — гладкие ровные блестящие поверхности, для слюд — весьма совершен­ная спайность в одном направлении и расслаивание на чешуйча­тые листочки, для минералов группы пироксена — черный цвет и способность кристаллизоваться в виде коротких столбиков или зерен. Кальцит и доломит в карбонатных породах легко определить по «вскипанию» от действия соляной кислоты.

Важными факторами, определяющими свойства горных пород, являются их структура и текстура. Первая характеризует степень кристаллизации, размеры и форму кристаллов, вторая — относи­тельное пространственное расположение компонентов в породе. Различают четыре основных типа структур: кристаллически-зерни­стую, скрытокристаллическую, стекловатую и обломочную цемен­тированную.

В зависимости от размеров зерен кристаллически-зернистую структуру разделяют на мелко- (2—3 мм), средне- (3—5 мм) и круп­нокристаллическую (5—10). По степени кристаллизации эта структура делится также на полнокристаллическую и порфиро­вую. Последняя характеризуется выделением отдельных крупных зерен среди однородной массы. Полнокристаллическую структуру с крупными и средними размерами кристаллов имеют обычно глубинные изверженные и метаморфические породы. Порфировая мелкокристаллическая структура свойственна излившимся, а так­же некоторым карбонатным породам,. При скрытокристаллической структуре зерна минералов различимы только под микроскопом. Этот вид структуры характерен, например, для отдельных разно­видностей известняков. Для горных пород с обломочной цементи­рованной структурой характерно наличие цементирующей массы, объединяющей обломки пород. Ею обладают песчаники, некото­рые карбонатные и другие осадочные и метаморфические породы.

В отличие от структуры текстура характеризует пространст­венное расположение зерен и количество вещества в единице объема. Так, в изверженных породах распространена массивная текстура, при которой зерна минералов распределены равномерно. Для ряда метаморфических пород характерна сланцевая, или сло­истая, текстура.

Химико-минералогический состав и структурно-текстурные осо­бенности горных пород определяют их физико-механические свой­ства. Породы, обладающие однородной кристаллически-зернистой структурой, имеют наибольшую прочность на сжатие, низкое водопоглощение, устойчивы к выветриванию. Мелкозернистые породы обладают более высокой прочностью, чем крупнозернистые. При преобладании в породе стекла ее прочность снижается, она более подвержена температурным изменениям.

Магматические (изверженные) породы преобладают в земной коре. В состав их входят в основном минералы-силикаты, усред­ненное содержание которых следующее: полевые шпаты — 60%, кварц — 12%, амфиболы и пироксены — 17%, слюды — 4% и про­чие — 6%. По содержанию кремнезема они делятся на группы: ультраосновные — менее 40 °/₀ 5Ю₂ (дуниты, оливиниты, пироксениты ипр.), основные — 40—52 % 5Ю2 (габбро, базальты, диабазы и пр.), средние — 52—65 °/₀ 5Ю₂ (диориты, порфириты, сиениты и пр.), кислые — 65—75 °/₀ 5Ю₂ (граниты, лапариты, порфиры и пр.), ультракислые (аляскиты). Наиболее распространены глубинные кислые изверженные породы — граниты. На втором месте излившиеся основные породы — базальты. Основные физико-механи­ческие свойства этих и других рас­пространенных горных пород приве­дены в табл. 2.

Осадочные породы. В отличие от изверженных осадочные породы рас­пространены   преимущественно   не в объеме, а на поверхности земной коры, где они составляют 70—75 °/о всей площади. По способу образова­ния их разделяют на три группы: обломочные — пески, глины, гра­вий, валуны; химические — сульфаты, карбонаты и пр.; органоген­ные— мел, трепел, диатомит и пр. От способа образования и соста­ва исходных пород зависит и химико-минералогический состав осадочных пород. Кроме минералов исходных горных пород, в них могут входить и продукты их разложения, например глинистые ми­нералы, а также осаждения из растворов (минеральные соли) и пр. Обломочные породы образовались в процессе выветривания из­верженных пород. Они делятся на рыхлые и цементированные. В строительстве применяют грубообломочные (более 1—2мм),среднеобломочные (от 0,1 до 2 мм) и тонкообломочные породы (не бо­лее 0,01 мм). К грубообломочным относятся   валунно-гравийные породы, из которых хорошей окатанностью, незначительным содер­жанием слабых зерен и преобладанием прочных и морозостойких пород характеризуются гравий, галька, валуны, накапливаемые в речных долинах. Наиболее распространенными среднеобломочными породами являются пески и их сцементированные разновиднос­ти — песчаники. Природные пески состоят преимущественно из зе­рен кварца. Песчаники могут содержать кремнистое, карбонатное, гипсовое, глинистое и другие цементирующие вещества. Наиболее прочны кварцевые песчаники с кремнистым цементом, наименее — с глинистым. Из тонкообломочных пород распространены глины.

Химические и органогенные породы образовались в основном путем осаждения из водных растворов. В строительстве широко применяют карбонатные породы: известняки, мергели (породы, содержащие глину и 25—95 % карбоната кальция), кремнеземистые породы (диатомиты, трепелы, опоки).

Осадочные породы более неоднородны по свойствам, чем из­верженные (см. табл. 2).

Метаморфические породы. Из пород этого типа в качестве строительного камня применяют гнейсы, кварциты, мраморы и пр. Наиболее распространены гнейсы, которые по минеральному сос­таву близки к гранитам и имеют характерное сланцеватое сложе­ние. Кварциты образовались в результате метаморфизации квар­цевых песчаников. Это наиболее прочные из метаморфических по­род (см. табл. 2). Мраморы .,образуются при перекристаллизации известняков и доломитов и используются в основном как облицо­вочный материал.

Таблица 2. Основные физико-механические свойства важнейших горных пород

Порода	Плотность породы, кг/м*	Предел прочности при сжатии, МП а	Водопоглощение, %	Истираемость, г/см*
Гранит	2500—2700	100—250	0,1—1	0,1—0,5
Базальт	2200—3000	200—300	0,01—0,2	0,4—1
Известняки плотные	1800—2700	3,5—200	0,5—30	2—5
Известняки пористые (ра-кушечники)	900—2000	0,4—20	6—40	—
Песчаники	1900—2800	10—200	0,2—2,5	0,1—2
Гнейсы	2400—2800	50—240	0,1 — 1	—
Кварциты	2500—2700	120—400	0,01—0,2	0,1-0,3