Каменные материалы из изверженных горных пород

6-11

Породообразующие минералы

Из многочисленных природных минералов только небольшая часть участвует в образовании горных пород. К породообразующим минералам относят кварц, полевые шпаты, слюды, карбонаты, сульфаты и железисто-магнезиальные минералы. Их подразделяют на две группы: минералы изверженных пород и минералы осадочных пород.

Минералы изверженных пород

Группа кварца – в наибольшем количестве в земной коре содержится свободный кремнезем SiO₂ в виде кварца.

Кварц – прозрачен, белого цвета, молочного, спайность отсутствует, излом раковистый, жирный блеск, с щелочами не реагирует, под воздействием кислот не разрушается, кроме плавиковой, плотность ρ=2,65 г/см³, твердость 7 по шкале Мооса, высокая прочность при сжатии ≈ 2000 МПа.

Аморфный кремнезем SiO₂·nH₂O – в природе минерал опал. Активен при нормальной температуре, т. е. реагирует с СаО. Кристаллический кварц только при t=174ºC и Р=8ат. Содержится в гранитах, кварцевых порфирах, песках.

Полевые шпаты – по химическому составу алюмосиликаты.

Ортоклаз K₂O· Al₂O₃· 6SiO₂;

Альбит Na₂O· Al₂O₃· 6SiO₂;

Анортит СаO· Al₂O₃· 2SiO_2..

Плотность ρ=2,6г/см³,Н_в=6,цвет белый, розовый, красноватый, желтый, R_cж=1200-1700 кг/см², не стойки против выветривания.

Реакция выветривания ортоклаза –

K₂O· Al₂O₃· 6SiO₂+nH₂O+ CO₂= Al₂O₃· 2SiO₂·2H₂O+ K₂CO₃+4 SiO₂·m H₂O

Слюды – сложные водные алюмосиликаты.

Мусковит - калиевая слюда, прозрачная, тугоплавкая, химически стойкая. Биотит – железисто-магнезиальная слюда, черная, легче выветривается.

Слюды обладают весьма совершенной спайностью, способны раскалываться на очень тонкие пластинки.

Железисто-магнезиальные силикаты. К ним относят:

1. амфиболы – роговая обманка;

2. пироксены – авгиты;

3. оливин.

Обычно темного цвета, поэтому их называют темно окрашенными минералами.

Обладают высокой прочностью, повышенной вязкостью при ударах, высокой плотностью с ρ=3-4 г/см³, повышенной атмосферостойкостью.

Минералы осадочных пород

Каолинит - Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O. Плотность ρ=2,6 г/см³, твердость Нв=1,цвет белый, серый, желтоватые землистые массы.

Группа карбонатов:

Кальцит – кристаллический известковый шпат СаСO₃ – спайность совершенная в трех направлениях. Плотность ρ=2,7 г/см³,Нв=3.

Слаборастворим в воде, но в воде содержащей агрессивную двуокись углерода СO₂ резко возрастает растворимость, так как образуется бикарбонат кальция: СаСO₃+ СO₂·+ H₂O= Са (НСО₃)₂.

Под действием соляной кислоты вскипает, вследствие образования углекислого газа: СаСO₃+2НСl= СаСl₂+ СO₂+ H₂O.

Образует различные виды известняков, является природным цементом для известковых песчаников, состоящих из кварцевого песка, сцементированного кальцитом.

Магнезит - МgСO₃ – встречается реже, тяжелее и тверже кальцита, образует породу того же названия, не применяется в качестве строительного камня. Сырье для производства магнезиальных вяжущих и огнеупорных изделий.

Доломит - СаСO₃· МgСO₃ – встречается чаще, чем магнезит, сходен с кальцитом, но более тверд и прочен. Является сырьем для производства магнезиальных вяжущих, доломитовых огнеупорных материалов, а также в качестве строительного камня и щебня для бетона.

Гипс – СаSO₄·2H₂O – двуводный сернокислый кальций. Строение пластинчатое, волокнистое и зернистое, твердость Нв=2, легко растворяется в воде, является сырьем для производства вяжущих веществ.

Ангидрит – СаSO₄ – безводная сернокислая соль кальция, похож на гипс, залегает вместе с гипсом, под действием воды переходит в гипс. Плотность ρ=2,8-3 г/см³, твердость Нв=3.

Иногда применяют как облицовочный материал для внутренних отделок.

Каменные материалы из изверженных горных пород

Делят на массивные глубинные (интрузивные) и излившиеся (эффузивные).

Глубинные – образовались в результате остывания магмы на большой глубине в условиях высокой температуры и давления. Магма остывала медленно, поэтому получались более или менее крупные зерна различных минералов, прочно сросшиеся между собой без цементирующего вещества. Излившиеся – образовались в результате остывания магмы, излившейся в виде лавы на поверхность земли (новейшие породы) или близко к поверхности.

Магма остывала быстро, не успевали образоваться крупные зерна, поэтому излившиеся породы имеют скрытокристаллическую или аморфную, стекловидную структуру. Древние излившиеся имеют порфировую структуру, представляющую собой массу мелких зерен, в которую включены крупные «вкрапленники».

Каждой глубинной породе соответствует излившаяся, называемая аналогом, которая образовалась из той же магмы, что и глубинная, вследствие него химический состав их близок.

Гранит – кварцевый порфир;

Сиенит – бескварцевый порфир, трахит;

Диорит – андезит, порфирит;

Габбро – базальт, диабаз;

Гранит –самая распространенная горная порода, состоящая из кварца - 20-30%, ортоклаза - 40-70%, биотита 5-20%, структура ярко выраженная зернисто-кристаллическая, цвет серо-голубой, темно-красный, плотность ρ= 2,6-2,7 г/см³,прочность при сжатии R_сж=100-250 МПа, водопоглощение В до 0,9%, морозостойкость Мрз 200.

Месторождения – Кольский полуостров, Карелия, Урал, Сибирь, Средняя Азия, Украина, Крым, Кавказ.

Применение – для внешней облицовки зданий и сооружений, гидротехнических сооружений. Отходы – как щебень.

Сиенит – минералогический состав: ортоклаз, слюда, нет кварца, поэтому менее кислая порода. Окраска более темная, меньшая стойкость против выветривания. Месторождения – Урал, Украина, Кавказ.

Диорит – 75% плагиоклазы, роговая обманка, авгит, биотит. Цвет серый, темно-зеленый. Высокая вязкость и стойкость против выветривания. Свойства: плотность ρ= 2,8-3,0 г/см³, R_сж=150-280 МПа. Применение – для покрытий и облицовки. Месторождения – Кавказ, Карелия, Сибирь, Крым, Урал, Украина.

Габбро – 50% плагиоклазы, авгит, оливин. Плотность ρ= 2,9-3,3 г/см³, R_сж=200-350 МПа. Применение – для покрытия дорог, облицовки зданий.

Месторождения – Урал, Украина, Кавказ.

Порфиры – неравномерность структуры, наличие вкрапленников (полевые шпаты) стойкость против выветривания ниже, чем у глубинных.

Трахит (аналог сиенита) – пористая порода. Плотность ρ= 2,2 г/см³, R_сж=50-90 МПа, цвет серый. Разновидность – бештаунит (на Кавказе).

Применение – стеновой материал, заполнитель для бетонов.

Андезит (аналог диорита) – серая порода. Плотность ρ= 2,2-2,7 г/см³, R_сж=60-240 МПа. Применение – кислотостойкий материал, облицовочные плиты и щебень.

Диабаз (аналог габбро) – темно-серого цвета, зеленовато-черного. Прочность при сжатии R_сж=450 МПа, применение - сырье для каменного литья.

Базальт – самая распространенная порода. Плотность ρ= 2,9-3,3 г/см³, R_сж=500 МПа, большая твердость и хрупкость, трудно обрабатывается.

Применение – материал для дорожных покрытий, мощения откосов, набережных, щебень для бетона, сырье для литья, для изготовления кислотостойкой химической аппаратуры, труб. Месторождения: Дальний Восток, Кавказ.

Изверженные обломочные

Подразделяют на рыхлые – вулканические пеплы, песок, пемза и цементированные – вулканические туфы, трассы, туфовая лава.

Пеплы – порошкообразные частицы вулканической лавы, выброшенной в раздробленном состоянии. Более крупные частицы называют вулканическими песками.

Пемза – пористая порода, содержащая до 80% пор, состоит из вулканического стекла, образовавшегося при быстром охлаждении лавы на воздухе, сопровождавшимся бурным выделением из нее газов. Размеры зерен 5- 30 мм, насыпная плотность ρ= 500 кг/м³,R_сж=2-3 МПа, у = 0,14 – 0,23 Вт/м К.Поры крупные и замкнутые, поэтому морозостойка. Применение – щебень и песок для бетонов, шлифующий материал. Месторождения – Армения, Северный Кавказ, Камчатка.

Вулканический туф – пористая порода, образовалась в процессе уплотнения вулканического пепла. Сильно уплотненный туф называется трассами.

Туфовая лава – образовалась при попадании вулканического пепла и песка в расплавленную лаву до ее остывания.

Артикский туф – розовато-фиолетовая массивная порода, выпиливают камни правильной формы для кладки стен, и перерабатывают на щебень для легкого бетона.