Породообразующие минералы магматических горных пород: химический состав, свойства

Плагиоклазы

Плагиоклазы – самые распространенные породообразующие минералы. Они представляют собой смесь анортита и альбита. Существует множество разновидностей плагиоклазов. При повышении доли анортита повышается основность минерала.

Плагиоклазы отличаются неустойчивостью по отношению к химическому выветриванию, из-за которого они становятся глинистыми соединениями. В этой своей особенности они похожи на полевые шпаты. Их могут применять в качестве облицовочного и декоративного материала. Почти каждый породообразующий минерал группы плагиоклазов встречается на Урале или Украине.

Нефелин

К группе каркасных алюмосиликатов относится нефелин. Он обеднен кремнеземом. Подобные породообразующие минералы входят в состав магматических пород, в том числе нефелинитов и нефелиновых сиенитов. С легкостью выветриваются с земной поверхности и трансформируются в каолинит, а также вторичные образования сульфатного или карбонатного состава.

Вместе с апатитами нефелиновые породы могут образовывать обширные массивы, очень важные для современной промышленности. Их используют в производстве стекла, цемента, глинозема, силикагеля, соды, ультрамарина и т. п. Эти основные породообразующие минералы встречаются на Кольском полуострове в Мурманской области.

ПОЛУЧЕНИЕ И ОБРАБОТКА ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Природные каменные материалы и изделия получают из горных пород путем механической обработки (дроб­ления, распиливания, раскалывания и т. п.), после кото­рой почти полностью сохраняются структура и свойства исходной породы.

Средние и мягкие породы (твердость 5-3) добывают с помощью камнерезных машин, снабженных твердо­сплавными дисковыми или цепными пилами. Вырезка блоков из таких пород производится поточным методом (рис. 2.6);

Для вырезки блоков из пород средней твердости при­меняют также дисковые и цепные пилы, снабженные ал­мазными режущими насадками. Производительность та­ких машин на породах средней твердости в 4-5 раз выше, чем производительность твердосплавного инструмента. Добытые в карьере блоки перевозят на камнеобраба-тывающий завод, где их распиливают на плиты» или из­готовляют из них фасонные детали.

По способу изготовления природные каменные мате­риалы и изделия можно разделить на пиленые (стеновые камки и блоки, облицовочные плиты и плиты для пола) и колотые (бортовые камни, камни тесаные, брусчатка и шашка для мощения и др.).

По виду обработки природные каменные материалы можно разделить на следующие основные виды:

1) грубообработанные каменные материалы (бутовый и валун­ный камни, щебень, гравий и песок);

2) штучный камень и блоки правильной формы (для кладки стен и др,);

3) плиты с различно обработанной поверхностью (обли­цовочные для стен, чистого пола и др.);

4) профилиро­ванные детали (ступени, подоконники, пояски, налични­ки, капители колони и т, п.);

5) изделия для дорожного строительства (бортовой камень, брусчатка и шашка для мощения).

Используя ударную и абразивную обработку, природ­ному камню придают ту или иную фактуру — различный характер поверхности.

Ударная обработка заключается.в окалывании .по­верхности камня с помощью камнетесного инструмента со сменными наконечниками: для тески пользуются ши­роким долотом — скарпелью, скалывание неровностей производят спицей — остроконечным долотом, для чистой обработки лицевой поверхности применяют бучарду со средней или мелкой насечкой.

Ударная обработка дает возможность получить сле­дующие фактуры (рис. 2,7): скальную с буграми и впа­динами, как при естественном расколе породы; рифленую с правильным чередованием гребней и впадин глу­биной до 2 мм; бороздчатую с параллельными прерывис­тыми бороздками глубиной 0,5-1 мм; точечно-шерохова­тую с точечными углублениями 0,5-2 мм.

Абразивная обработка включает распиливание, фре­зерование, шлифование и полирование.

Блоки из мрамора, известняка и других пород распи­ливают при помощи рамных пил, армированных твердо­сплавными вставками или снабженных алмазными рез­цами. Алмазные резцы увеличивают скорость резания в 5-10 раз и снижают расход электроэнергии в 2-2,5 ра­за по сравнению с резцами карборундовыми или из твер­дых сплавов. Кроме того, алмазные резцы позволяют значительно увеличивать выход готовой продукции. Ши­рина пропила сокращается примерно в 3 раза, а расход сырья на 12-18 %. Алмазными резцами можно изготов­лять тонкие плиты толщиной 5-10 мм, поэтому из 1 м3 камня получают 40-45 м2 плит, что обусловливает их низкую себестоимость; к тому же обеспечивается чистота поверхности резания.

Для получения профилированных изделий (ступеней, поясков, карнизов и т. п.) на камнеобрабатывающих за­водах применяют камнефрезерные и универсальные про­филирующие машины.

Шлифуют и полируют на шлифовально-полировальных станках с вращающимися дисками, которые пере­мещают по поверхности изделия (рис. 2.8). Шлифуют с применением зернового абразива: корунда, карборунда или мелких пылевидных алмазов, которые увеличивают производительность оборудования. После шлифования камень имеет гладкую матовую поверхность. Для прида­ния камню блестящей гладкой поверхности его полиру­ют войлочными полировальными дисками с использова­нием мастик и тонких полирующих порошков из окси­дов металлов (хрома, олова, железа и др.) или нитрата олова.

Абразивная обработка создает фактуры:

— пиленую — с тонкими штрихами и бороздками глубиной до 2 мм;

— шлифованную — равномерно-шероховатую с глубиной рельефа до 0,5 мм;

— лощеную – гладкую бархатисто-ма­товую с выявленным рисунком камня;

— зеркальную — гладкую с зеркальным блеском.

Термическая обработка каменной породы основана на воздействии струи газа с высокой температурой (в ре­зультате сжигания бензина в воздушной струе) на по­верхность этой породы. При обработке камня бензовоз-душным термоотбойником он нагревается неравномерно и возникающие термические напряжения вызывают ска­лывание верхнего слоя. С помощью термической обра­ботки можно оплавить поверхностный слой камня, при этом получают своеобразную «глазурованную» фактуру, кроме того, изменяют естественный цвет горной породы.

Амфиболы и пироксены

Амфиболы, или ленточные силикаты, включают в себя роговую обманку, являющуюся важным породообразующим компонентом в метаморфических и магматических породах. Ее отличительные черты – большая прочность и высокая вязкость. Чаще всего роговая обманка встречается на Урале.

Авгит – это породообразующий минерал пироксенов. Он является важнейшим компонентом магматических пород. Окраска авгита может быть самой разной (от черной до зеленой). Данный породообразующий минерал из группы пироксенов входит в состав базальта, андезита, диабаза и некоторых других горных пород.

Слюды

Некоторые силикаты имеют слоистое, чешуйчатое или листоватое строение. Самыми распространенными подобными минералами являются асбест, тальк, каолинит, гидрослюды, а также слюды (в том числе мусковит и биотит).

Каковы другие их особенности? Мусковит представляет собой белую слюду, встречающуюся в метаморфических и магматических породах. При выветривании он становится россыпью. Мусковит применяется в качестве электроизоляционного материала. Также он используется в строительстве, где слюдяной порошок является распространенными посыпочным материалом. Мусковит добывается в Восточной Сибири, на Урале и Украине.

Похожие породообразующие минералы – биотиты. Это магнезиальная и железистая слюда бурого или черного цвета. Она характерна для метаморфических и магматических пород. Биотит образует зернистые и чешуйчатые скопления. Он считается минералом химически нестойкого характера. Биотит встречается в Забайкалье и на Урале.

Гидрослюды

Еще одни породообразующие минералы горных пород – это гидрослюды. Их характерная черта – малое количество катионов. Кроме того, гидрослюды отличаются от слюд заметно большим содержанием в своем составе воды, что и отражается на их названии. Их образованию способствуют гидротермальные процессы и выветривание пород.

Самая ценная гидрослюда – вермикулит коричневого или золотистого цвета. При нагревании молекулярная вода этого минерала образует пар, расширяющий прослойки в кристаллических решетках, что увеличивает его объем и плотность. Вермикулит ценен благодаря своим звукопоглощающим и теплоизоляционным качествам.

Слоистые силикаты

Минералы асбест, тальк, монтмориллонит и каолинит относятся к группе слоистых силикатов. В чем их особенность? Образование талька происходит в результате взаимодействия горячих растворов с алюмосиликатами и магнезиальными силикатами. Он применяется в виде порошка при изготовлении пластмассы.

Как и некоторые другие породообразующие минералы, асбест известен в качестве нескольких своих разновидностей. Он плохо проводит электричество и теплоту, отличается щелочеупорностью и огнестойкостью. Наибольшей ценностью обладает хризотил-асбест. Он образуется из карбонатных и оливиновых пород. В длинноволокнистом виде асбест используется при изготовлении некоторых автомобильных деталей и несгораемых тканей.

Самым частым минералом глинистых пород считается каолинит. Он образуется в результате выветривания слюд и полевых шпатов и характеризуется высокой устойчивостью. Данный минерал отличается белым, сероватым или коричневатым цветом. Каолиновые глины используются в керамической промышленности, где данное сырье применяется в производстве фаянсовой и фарфоровой керамики. Благодаря свойствам своего образующего минерала, эти материалы отличаются пластичностью.

Монтмориллонит во многих отношениях необычен. Его химический состав непостоянен и зависит от свойств атмосферы, в том числе от содержания в ней воды. Эти главные породообразующие минералы обладают подвижной кристаллической решеткой, из-за чего сильно набухают при соприкосновении с влагой.

Монтмориллонит формируется в щелочной среде вследствие разложения туфов и вулканического пепла в воде. Также он появляется в местах выветривания магматических пород и устойчив по отношению к химическому выветриванию. Данный минерал сообщает глинистым породам дополнительную адсорбируемость и набухаемость. Монтмориллонит используется в качестве эмульгатора, наполнителя и отбеливателя. Его месторождения находятся в Крыму, Закарпатье и на Кавказе.

ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬНОГО КАМНЯ

Плотность. По плотности природные камни делятся на легкие и тяжелые. Легкие камни плотностью не более. 1800 кг/м3 имеют пористое строение (вулканический туф, пемза, известняк-ракушечник) и поэтому применяются преимущественно в виде штучного камня и блоков для стен зданий и щебня для лёгких бетонов. Тяжелые кам­ни плотностью более 1800 кг/и3 (из гранита, сиенита, диорита и т. п.) служат облицовкой и используются в ви­де плит пола, материалов и изделий для гидротехниче­ского и дорожного строительства.

Прочность. В зависимости от предела прочности при сжатии образцов в воздушно-сухом состоянии каменные материалы имеют следующие значения марок (МПа): 0,4; 0,7; 1; 1,5; 2,5; 3,5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 80; 100. Марки от 0,4 до 20 свойственны легким камням различной пористости.

Истираемость и износ зависят от твердости камня. Эти свойства имеют важное значение для дорожных по­крытий, полов, ступеней лестниц и т. п. Поэтому для до­рожных покрытий и полов следует применять твердые мелко- и среднезерннстые породы, которые хорошо, со­противляются истиранию и износу.

Морозостойкость. По числу циклов попеременного за­мораживания и оттаивания образцов, в условиях стан­дартного испытания природные каменные материалы разделяют на марки по морозостойкости: Мрз 10, Мрз 15, Мрз 35, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200, Мрз 300, Мрз 400, Мрз 500.

Высокую морозостойкость имеют плотные камни с равномерно-зернистой структурой. Камни с неравномер­ной порфировой структурой быстрее растрескиваются при резких изменениях температуры из-за разных тем­пературных коэффициентов линейного расширения мел­кокристаллической массы и крупных вкрапленников. Слоистая текстура также снижает морозостойкость кам­ня. Свежедобытые известняки, доломиты, песчаники, ту­фы легко разрушаются от мороза вследствие того, что их поры заполнены «горной влагой» и коэффиицент на­сыщения пор водой близок к 1. После естественной про­сушки они становятся достаточно морозостойкими и бо­лее прочными.

Водостойкость. Коэффициент размягчения камня, применяемого для гидротехнических сооружений и фун­даментов, должен быть не менее 0,8; для наружых стен зданий не менее 0,6.

Теплопроводность — необходимая характеристика легкой горной породы, применяемой в виде крупных бло­ков и камней для наружных стен зданий. Этот показа­тель зависит от плотности породы, являющейся косвенной характеристикой пористости (см.. §.2* гл. 1)-, Тепло­проводность известняка-ракушечника и вулканического туфа в воздушно-сухом состоянии составляет 0,5—0,8 Вт/ /(к-°С).

Огнестойкость зависит от минерального состава и структуры камня. Одни породы при повышенной темпе­ратуре разлагаются (гипс при 100°С, известняк при 900°С), другие (гранит, кварцевые порфиры) растрески­ваются уже при температуре 600 °С вследствие различ­ного теплового расширения составляющих их минералов и полиморфного превращения кварца.

Кварц

Минеральные оксиды – это соединения металлов и кислорода. Самым распространенным представителем этой группы является кварц. Данный минерал образуется в результате магматических процессов, происходящих в глубоких земных недрах. Он встречается в трех вариациях: как кристобалит, тридимит и а-кварц. Последняя из этих модификаций изучена лучше остальных.

Кварц входит в породообразующие минералы магматических горных пород (а также осадочных и метаморфических). Он химически стоек. Кварц накапливается, образуя мощные осадочные отложения, пески и песчаники. Минерал применяется в керамической и стекольной промышленности. Как природный камень (песчаник и кварцит), он популярен в качестве конструкционного и облицовочного стройматериала. Также его используют при изготовлении химической посуды, оптических приборов и т. д.

ВИДЫ ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Грубообработанные каменные материалы

Бутовый камень (бут) — куски камня неправильной формы размером не более 50 см по наибольшему изме­рению. Бутовый камень может быть рваный (неправиль­ной формы) и постелистый. Разработку рваного бута и щебня осуществляют преимущественно взрывным спосо­бом. Плитняковый бут получают из пород пластового за­легания. Крупные отдельности такой породы, ограничен­ные трещинами, отделяют экскаватором с последующей развалкой кусков до требуемых размеров камнекольным инструментом. Разрабатывают местные осадочные и из­верженные породы, отвечающие проектным требованиям в отношении прочности, морозостойкости и водостойко­сти. Бут из осадочных пород (известняков, доломитов, песчаников) не должен содержать примесей глины, рых­лых пород и включений пирита.

Из бута возводят плотины и другие гидротехнические сооружения, его применяют для подпорных стенок, клад­ки фундаментов и перерабатывают в щебень.

Щебень — куски камня размером 5-70 мм (для гид­ротехнического строительства до 150 мм). Получают его дроблением камня из прочных и морозостойких горных пород. Чтобы довести щебень до необходимого зернового состава, его дробление осуществляют в несколько ста­дий. Встречается и природный щебень, называемый дрес­вой.

Гравий состоит из окатанных зерен тех же размеров, что и у зерна щебня. Его получают просеиванием рыхлых осадочных пород, в необходимых случаях применя­ют промывку для удаления вредных примесей (глины, пыли).

Песок состоит из зерен различных минералов (квар­ца, полевого шпата, слюды и др.) размерами 0,14-5 мм. Применяют природные и искусственные (дробле­ные) пески.

Как указывалось, щебень, гравий, песок используют в качестве заполнителей для бетонов.

Блоки и камни

Блоки из природного камня объемом более 0,1 м* вы­пиливают механизированным способом из массива гор­ных пород (туфа, известняка, доломита, песчаника и др.) или получают путем распиливания блоков-заготовок. Блоки применяются для наружных и внутренних стен, а также для фундаментов и стен подвалов. По назначению блоки подразделяют на типы Д, Б, П:

Д — крупные сте­новые блоки для кладки при двуряднои разрезке стен жилых домов и общественных зданий;

Б — блоки для многорядной кладки стен жилых, общественных и про­изводственных зданий;

П — подоконные блоки (рис. 2.9). Стеновые блоки имеют форму прямоугольного паралле­лепипеда, их размеры должны соответствовать размерам, указанным в табл. 2.4.

Стеновые камни, получаемые из туфов и известняков, применяют для кладки наружных и внутренних стен и перегородок. Основные размеры стеновых камней: 390 х 190 х 188, 490 х 240 х 188, 390 х 190 х 288 мм. Каждый такой камень заменяет в кладке 8-12 кирпичей (рис. 2.1). Укрупнение камней уменьшает затраты тру­да, позволяет перейти к индустриальным методам стро­ительства. Стены из мелкопористого природного камня не требуют наружной штукатурки или облицовки.

Для наружных стен применяют камни плотностью не более 2300 кг/м3; водопоглощение камня должно быть не более 30%; морозостойкость — не менее Мрз 15.

ТАБЛИЦА 2.4. РАЗМЕРЫ БЛОКОВ

Камни и плиты для облицовки

Для облицовки гидротехнических сооружений, набе­режных, устоев мостов, цокольной части монументаль­ных зданий применяют камни и плиты из гранита и дру­гих изверженных пород, которым свойственна высокая морозостойкость, прочность и твердость. Камни для об­лицовки могут быть плитообразные (толщиной 15-25 см) и утолщенные пирамидального вида (толщиной 30 см и более).

Наружнаяоблицовка зданий может выполняться из атмосферсстойких осадочных пород (известняков, доло­митов, песчаников, туфов), которые легче поддаются об­работке и экономнее гранитных пород. Для внутренней облицовки общественных зданий и сооружений (напри­мер, станций метрополитена) широко используют плиты, получаемые из хорошо рас­пиливающихся пород: мра­мора, ангидрита, гипса.

Плиты для наружной об­лицовки имеют толщину 4-10 см. Техника резки камня с помощью искусственных алмазов дает возможность получать для облицовки зданий декоративные пластины из мрамора, гранита, оникса и др.

Специальные облицовки применяют для защиты от коррозии.

Цокольные плиты, а также детали карнизов, поясков и других выступающих частей зданий изготовляют из стойких пород. Эти изделия не должны иметь волосных трещин, им придается такая форма, чтобы на них не за­держивалась вода от дождя и тающего снега.

Плиты для полов и ступеней внутренних лестниц дол­жны иметь высокие износостойкость и декоративные свойства, соответствующие архитектуре интерьера.

Камни для гидротехнических сооружений

Природные каменные материалы применяют в боль­ших количествах для сооружения плотин, причалов, мо­лов, пирсов, шлюзов. В зоне переменного уровня воды условия службы материала особенно неблагоприятны: камень испытывает многократное замораживание и от­таивание в насыщенном водой состоянии. Защитную об­лицовку в этой зоне устраивают из плотных извержен­ных пород, имеющих водопоглощееие не более 1 %, марки по прочности не ниже SO-100 МПа и по морозо­стойкости Мрз 150-Мрз 500 в зависимости от класса сооружения, климатических я других условий эксплуата­ции.

Соответствующим требованиям должны удовлетво­рять и материалы для каменных набросных плотин. Вну­тренние части набросок можно делать из камня, полученного из осадочных пород марок 60-80 МПа с коэффициентом размягчения не менее 0,7-0,8. Каменные материалы проверяют на влияние веществ, растворенных в воде (морской, грунтовой, речной, болотной).

Дорожные каменные материалы

Бортовые камни, отделяющие проезжую часть доро­ги от тротуара, изготовляют из плотных изверженных пород (гранита, диабаза и т. п.), отличающихся высокой морозо- и износостойкостью и прочностью. Бортовые кам­ни бывают прямые и лекальные, высокие (до 40 см) и низкие (до 30 см). Эти камни применяют вместо бетон­ных при соответствующем технико-экономическом обо­сновании.

Брусчатка для мощения дорог имеет форму бруска слегка суживающегося книзу. Брусчатку изготовляют механизированным способом из однородных мелко- и среднезернистых пород (диабаза и др.). Из таких же пород изготовляют шашку для мозаиковой мостовой (приближающуюся по форме к кубу) и шашку для мо­щения (в виде усеченной пирамиды).

Тротуарные плиты изготовляют из гнейсов и подобных ему слоистых горных пород. Они имеют форму пря­моугольной или квадратной плиты со стороной от 20 до 80 см с ровной лицевой поверхностью и толщиной не ме­нее 4 см и не более 15 см.

Каменные кислотоупорные изделия

Некоторые магматические и метаморфические горные породы используют для футеровки разнообразных уста­новок н аппаратов, подвергающихся действию кислот, щелочей, солей и агрессивных газов, а также испытыва­ющих влияние высоких и резко меняющихся температур и давлений. Кислотоупорные породы идут на изготовле­ние тесаных плит, кирпичей, брусков и фасонных изде­лий, а в дробленом и размолотом виде служат в качест­ве заполнителей в кислотоупорном бетоне и наполните­лей в кислотоупорных цементах.

В соответствии с назначением применяемые породы должны удовлетворять определенным требованиям, а именно: быть кислотоупорными, т.е. хорошо сопротив­ляться воздействию различных кислот и других реаген­тов — это свойство оценивается по растворимости порош­ка породы в растворах кислот (соляной, серной) при на­гревании; иметь высокую огнеупорность; обладать достаточным сопротивлением сжатию и изгибу; выдер­живать резкие колебания температур;

Из магматических горных пород кислотоупорными яв­ляются, главным образом, кислые мелкокристаллические, к которым относятся бештаунит, андезит, гранит и неко­торые туфы, а из метаморфических — кварцит.

Применение кислотоупорного штучного камня ограни­чено его высокой стоимостью, обусловленной трудностью добычи и обработки, а также малым выходом готовой продукции из горной массы. Полноценным заменителем камня служит значительно более дешевый кислотоупор­ный бетон. Со штучным тесаным камнем соперничает также искусственный литой камень (базальтовый, диаба­зовый) .

Карбонаты

Еще одна группа породообразующих минералов – карбонаты. Они представляют собой широко распространенные соли угольной кислоты. Карбонаты характерны для метаморфических и осадочных пород. Самые распространенные их виды – магнезит, кальцит и натрит. У всех них есть свои индивидуальные свойства.

Кальцит отличается слабой растворимостью в воде. При воздействии углекислоты он может перейти в бикарбонат. Этот продукт будет растворяться в воде в сотню раз быстрее, чем обычный кальцит. Данный минерал встречается в кристаллических агрегатах, натеках и мощных отложениях мрамора и известняка. Кальцит может образоваться в результате накопления ила. Другая причина его возникновения – отложение углекислой извести в воде. Месторождения встречаются на Урале, Украине и в Калерии.

Магнезит похож на кальцит по форме и структуре, однако в природе встречается гораздо реже. Причина в факторах его образования. Магнезит формируется в результате выветривания серпентинитов, а также взаимодействия магнезиальных растворов и известняков.

Натрит – белый или бесцветный минерал, встречающийся в виде зернистых и плотных масс. При нагревании он растворяется. Натрит образуется в натриевых соляных озерах в случае избытка в них растворенного углекислого газа. Данный минерал используется в металлургии и при изготовлении стекла.

§ 3. Осадочные горные породы

Процессы при происхождении и классификация

Первичные горные породы, находящиеся на земной поверхности, подвергаясь выветриванию, т. е. разрушению под воздействием разнообразных атмосферных факторов (воздуха, воды, смены температур, растительных и животных организмов и т. п.) постепенно превращаются в рыхлые продукты разрушения, которые отчасти ветром и льдом, главным же образом водой, сносятся в более низкие места, закрытые водные бассейны, моря и океаны, где происходит их осаждение. Произошедшие таким образом горные породы называются вторичными или осадочными. Вода может переносить продукты разрушения двумя путями: 1) механически — мелкие частицы во взвешенном состоянии, а крупные — перекатывая по дну; 2) в виде водного раствора, т. к. некоторые продукты образуются в растворимом в воде состоянии. В зависимости от этого и образование осадка может быть либо в результате механического выпадения частиц из потока, в случае, например, сильного замедления течения реки, либо в результате выделения растворимого вещества в осадок, в случае, например, испарения воды, или химических реакций, в результате которых образуются нерастворимые соединения. Кроме того, образование осадка происходит в результате жизнедеятельности низших животных или растительных организмов. Поэтому осадочные породы подразделяют на механические осадки или обломочные породы, физико-химические осадки и органогенные породы (рис. 4). Рыхлые механические осадки (глина, песок, гравий, щебень) с течением времени могут быть пропитаны каким-либо природным связующим веществом и сцементированы им в сплошную монолитную массу. К сцементированным породам относятся, например, песчаник (сцементированный песок), конгломерат (сцементированный гравий), брекчия (сцементированный щебень). Органогенные породы в свою очередь подразделяются на две группы. Если они произошли в результате жизнедеятельности животных организмов, их называют зоогенными, если растительных — фитогенными. К первым относиться известняк-ракушечник, ко вторым —диатомит, трепел, опока. Диатомит образовался из скоплений панцирей микроскопических водорослей — диатомей, состоящих преимущественно из аморфного кремнезема. Трепел – порода, вторичная по отношению к диатомиту, состоящая из мельчайших зерен опала (разновидности аморфного кремнезема), округлой формы. Опока является продуктом уплотнения диатомитов и трепелов.

Минералогический состав осадочных горных пород

В осадочных породах, таких как механические осадки, могут встретиться все минералы первичных пород. Однако для осадочных горных пород характерны и свои, присущие только им минералы. В то время как в магматических породах преобладают соли слабых кислот (кремневой и алюмокремневой) в осадочных горных породах силикаты и алюмосиликаты играют подчиненную роль, уступая первое место солям сильных кислот: угольной, серной и т. д.

Из минералов, присущих только осадочным горным породам, наибольшее значение имеют следующие: кальцит, магнезит, доломит, гипс и каолинит (табл. 3).

Кальцит (известковый шпат). Химический состав кальцита выражается формулой СаСО3. Он встречается в составе известняков и мраморов как в виде прекрасно образованных кристаллов, так и в виде сплошной массы разнообразного сложения, зернистой или плотной. Чистый кальцит бесцветен, при наличии же примесей он бывает сероватым, или белым, или окрашенным в светлые оттенки голубого, желтого, бурого и других цветов. Твердость кальцита равна 3, он характеризуется весьма совершенной спайностью по трем направлениям.

Кальцит распознают по реакции с соляной кислотой, с которой он хорошо реагирует даже на холоду, выделяя с характерным вскипанием углекислый газ. Растворимость кальцита в обычной воде ничтожно мала, однако он хорошо растворяется в воде, содержащей CO2. Последнее обстоятельство нужно учитывать при использовании строительного камня из пород, богатых СаСОз.

Магнезит и доломит. В природе углекислый магний, встречается в виде минерала магнезита (MgCO3) в составе одноименной породы. Как естественный строительный камень магнезит значения не имеет, он главным образом идет для изготовления огнеупорных изделий и для приготовления вяжущего вещества — каустического магнезита.

Доломит представляет по химическому составу двойную соль углекислых кальция и магния; формула его такова: CaCO3·MgCO3. Он встречается как в кристаллическом виде, так и в виде зернистых и, реже, землистых масс в составе породы с таким же названием. Применяется как и магнезит в производстве огнеупоров и для получения вяжущего вещества – каустического доломита.

Твердость магнезита и доломита примерно одинакова 3,5—4. Различают их по действию соляной кислоты. Магнезит не реагирует с соляной кислотой ни при каких условиях, а доломит реагирует, но плохо; при подогревании выделяет СО2. В горных породах кальцит и доломит сопутствуют друг другу в различных соотношениях.

Гипс и ангидрит. Природный гипс представляет собой водную сернокислую соль кальция CaSO4 ·2Н2О. Помимо гипса встречается безводная соль — CaSО4 , называемая ангидритом. Ни тот, ни другой как естественные камни, в строительстве не употребляются. Гипс может иногда являться цементирующим веществом в песчаниках. Главное применение гипса и ангидрита – получение гипсовых вяжущих веществ.

Каолинит. Каолинит (Al2O3 ·2SiO2 ·2Н2O) образуется при выветривании полевых шпатов и является главной составной частью многих глин. Чистый каолинит имеет белый цвет, землистый вид, на ощупь слегка жирен и легко рассыпается. Твердость 1.

Водный кремнезем. Минерал состава SiO2 в осадочных породах в отличие от магматических горных пород присутствует не только в кристаллическом состоянии (в виде кварца), но также и в аморфном виде, часто в соединении с водою (SiO2·nH2O); таков например опал, содержащий до нескольких процентов воды. Водный аморфный кремнезем слагает такие осадочные породы как диатомит и трепел, а также является очень прочным природным цементирующим веществом, заполняя промежутки между зернами песка (в песчаниках), и кальцита (в известняках).

Структура осадочных горных пород

Важнейшее значение имеют следующие виды структур.

• Зернисто-кристаллическая (мраморовидная), когда порода состоит из кристаллических зерен, ясно различимых простым глазом или под микроскопом. В зависимости от среднего диаметра составляющих породу зерен различают: мелко- (0,25-0,75 мм), средне- (0,75-1,25 мм), крупно- (1,25-2 мм) и грубозернистую структуру (2-3 мм).
• Плотная (иначе тонкозернистая), когда зерна трудноотличимы друг от друга даже под микроскопом. Условно к плотным относят породы зернисто-кристаллической структуры с величиной зерна менее 0,25 мм
• Оолитовая, когда порода состоит из круглых шариков радиально- концентрического сложения, сцементированных тем или иным естественным цементирующим веществом. Встречается у известняков, называемых в этом случае оолитовыми.
• Обломочная (кластическая), когда горная порода состоит из обломков минералов или горных пород, сцементированных тем или иным природным цементом. Такую структуру имеют песчаники, конгломераты и брекчии.
• Пенистая или туфовая – структура пористых горных пород и другие.

Рыхлые обломочные горные породы

В зависимости от размера частиц условно различают следующие рыхлые породы: глину (<0,005 мм), пыль (0,005-0,05 мм), песок (0,05-5 мм), щебень и гравий (>5 мм), булыжники и валуны (крупные камни).

Глины образуются в результате выветривания горных пород, богатых полевыми шпатами (гранита, сиенита, гнейса, порфира и т. д.) (См. также § 2, гл. 6).

Песок. Пески могут быть кварцевые, полевошпатовые, известковые, доломитовые и т. д.

Речной песок, морской и озерный пески, характеризуются округлой формой зерен и хорошо обточенной поверхностью. Горный и овражный пески имеют угловатую форму и шероховатую поверхность зерен.

Большие количества песка расходуются для приготовления строительных растворов и бетонов, в дорожном деле для устройства оснований дорог и приготовления асфальтобетона. Громадные количества песка потребляет железнодорожное строительство. Чисто кварцевые (без примесей) пески высоко ценятся и употребляются как сырье в стекольной, керамической и металлургической промышленности.

Гравий и щебень применяются в дорожном деле, в качестве балласта для железных дорог и как заполнитель для бетона.

Валуны употребляются в бетонном и дорожном деле для получения щебня. Издавна булыжный камень применяли для мощения улиц. Наиболее крупные валуны могут быть использованы в качестве штучного камня для построек.

Опал

Опал – широко распространенный аморфный гидратированный кремнезем. Он не разлагается в кислотах, но растворим в щелочах. Есть несколько условий его образования. Данный минерал появляется вследствие осаждения из гейзеров и горячих растворов, а также выветривания магматических пород. Кроме того, он образуется по причине накопления продуктов жизнедеятельности обитающих в море организмов. Опалы являются популярным материалом у ювелиров.

Сульфаты и сульфиды

Минералы сульфаты являются солями серной кислоты, образующимися на земной поверхности. Большинство соединений этой группы недостаточно устойчивы в коре планеты. Такие сульфаты, как гипс, мирабилит и барит, используются в строительных целях. Ангидрит представляет собой сплошные зернистые массы. Это кристаллический минерал с характерным беловато-голубым цветом.

При соприкосновении с водой ангидрит увеличивает объем и становится гипсом, слагающим внушительные скопления пород. Данный сульфат представляет собой типичный химический осадок, образующийся при высыхании морей. Гипс и ангидрит применяются в качестве вяжущих веществ.

Тяжелый шпат или барит представляет собой кристаллы со специфической таблитчатой формой. Он плохо пропускает рентгеновские лучи, из-за чего используется при производстве специального бетона. Барит формируется в результате выпадения из водных горячих растворов.

Сульфиды – это соединения серы с прочими элементами. К данному классу относится киноварь. Этот минерал связан с молодыми вулканами. В природе киноварь встречается в форме жил и пластовых залежей. Она накапливается в виде россыпей вследствие собственной устойчивости на земной поверхности. Киноварь используется в синтезе ртути и изготовлении красок.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Горные породы — главный источник получения строи­тельных материалов. Горные породы используют в про­мышленности строительных материалов как сырье для изготовления керамики, стекла, теплоизоляционных и других изделий, а также для производства неорганиче­ских вяжущих веществ — цементов, извести и гипсовых. Сотни миллионов кубометров песка, гравия и щебня применяют ежегодно в качестве заполнителей бетонов и растворов. Широко используют природные каменные ма­териалы для облицовки зданий и сооружений, устройства полов, лестниц, мощения дорог.

Горные породы — это природные образования более или менее определенного состава и строения, образующие в земной коре самостоятельные геологические тела.

Минералами называют однородные по химическому составу н физическим свойствам составные части горной породы. Большинство минералов — твердые тела, иногда встречаются жидкие (самородная ртуть).

В зависимости от условий формирования горные по­роды делят на три генетические группы:

— магматиче­ские породы, образовавшиеся в результате охлаждения и затвердевания магмы;

— осадочные породы, возникшие в поверхностных слоях земной коры из продуктов вывет­ривания и разрушения различных горных пород;

— мета­морфические породы, являющиеся продуктом перекри­сталлизации и приспособления горных пород к изменив­шимся в земной коре физико-химическнм условиям.