Классификация горных пород. Керамические строительные материалы

1. Горные породы

 

Горные породы – природные минеральные агрегаты определенного состава и строения, сформировавшиеся в результате геологических процессов и залегающие в земной коре в виде самостоятельных тел. Состав, строение и условия залегания пород находятся в причинной зависимости от формирующих их геологических процессов, происходящих в определенной обстановке внутри земной коры или на земной поверхности.

Горные породы по условиям образования (генезису) делятся на три  большие группы (Таблица 1): магматические, осадочные, метаморфические.

 

МАГМАТИЧЕСКИЕ			ОСАДОЧНЫЕ				МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ
Глубин-ные	Излившиеся		Обломочные		Хемогенные	Органогенные	Продукты видоизменения  магматических пород	Продукты   видоизменения   осадочных пород
	Массивные	Обломочные	Рыхлые	Сцементированные
Гранит	Кварцевый порфир	Пемза	Гравий Галька	Конгломерат	Гипс	Известняк	Гнейс	Мрамор
Сиенит	Бескварце-вый порфир Трахит	Вулканический туф	Песок	Песчаник	Ангидрит	Мел		Глинистый сланец
Диорит	Андезит  Порфирит		Дресва	Брекчия	Магнезит	Ракушечник		Сланец
Габбро	Диабаз Базальт		Глина		Доломит	Диатомит		Кварцит
					Известковый туф Боксит	Трепел

Таблица 1. Генетическая классификация  горных пород

 

Свойства горных пород зависят, в первую очередь, от их строения (структуры), характеризующегося степенью их кристалличности, формой и размерами зерен, а также  от минералогического состава.

Горные породы могут состоять из одного минерала (мономинеральные) или нескольких минералов (полиминеральные).

Минералы – составные части земной коры (горной породы), образовавшиеся в результате геохимических процессов, имеющие постоянный химический состав, физические свойства, однородное строение.

Строительные свойства горных пород в значительной степени  зависят от минералогического состава. Среди большого разнообразия минералов  только небольшая их часть (около 40-50 минералов) принимают основное участие  в образовании горных пород. Эти  минералы называют породообразующими.

В основу классификации минералов  положен их химический состав. Выделены следующие классы минералов: оксиды (кварц); алюмосиликаты (полевые шпаты, слюды, глины); железисто-магнезиальные минералы (пироксены, амфиболы, оливин); карбонаты (кальцит, магнезит, доломит); сульфаты (гипс, ангидрит) и др.

Каждый минерал кроме  химического состава характеризуется  определенными физическими свойствами, такими как: плотность, твердость, прочность, стойкость, блеск, спайность.

Преобладание в породе тех или других минералов отражается на строительных свойствах каменного  материала.

1. Магматические горные породы.
1. Классификация магматических пород

 

Магматические (изверженные) горные породы образовались в результате отвердевания при остывании расплавленной  магмы, поднявшейся из глубины земли. Различные условия охлаждения магмы  привели к образованию магматических  пород, различающихся по строению и  свойствам. Магматические породы являются, в основном, полиминеральными.

Глубинные (интрузивные) образовались на значительных глубинах в условиях высоких температур и давления, медленного и равномерного остывания магмы. Вследствие благоприятных условий для кристаллизации минералов глубинные породы формируются с образованием полнокристаллической структуры, массивной текстуры. Они обладают большой плотностью, высокими прочностью на сжатие и морозостойкостью, малым водопоглащением и большой теплопроводностью. Например: гранит, сиенит, диорит, габбро, лабрадорит.

Излившиеся (эффузивные) образовались при быстром охлаждении магмы в условиях низких температур и давлений. Как правило, они имеют аморфную, полу- или скрытокристаллическую структуру, массивное строение (порфир, трахит, диабаз, базальт, порфирит), если излившиеся породы образовались в большой толще и сходны с глубинными или обломочное строение (пемза, туф, пепел), если образование их происходило в сравнительно тонком слое или на поверхности земли в результате вулканической деятельности.

1.1.2 Главные породообразующие  минералы магматических пород

Большинство магматических  пород содержат минералы, относящиеся  к химическим соединениям трех типов: кремнезем, силикаты, алюмосиликаты.

Кварц – диоксид кремния (SiO₂) в кристаллической форме. Его плотность составляет 2650 кг/м³, твердость – 7, прочность при сжатии – до 2000 МПа, имеет высокую стойкость. При выветривании зерна кварца не разрушаются и образуют пески. Кварц обладает несовершенной спайностью, имеет различную окраску (бесцветную, желтую, молочную) и стеклянный блеск. При обычной температуре кварц не взаимодействует с кислотами (кроме плавиковой и горячей фосфорной) и щелочами. Плавится кварц при 1710^оС и при быстром охлаждении расплава дает кварцевое стекло.

Полевые шпаты – алюмосиликаты, образовавшиеся в результате взаимодействия оксидов кремния и алюминия с оксидами щелочных металлов. Имеют спайность по двум направлениям. Наиболее распространенными разновидностями полевых шпатов являются: ортоклаз (прямораскалывающийся) K₂O Al₂O₃ 6SiO₂ и плагиоклазы (косораскалывающиеся) в виде альбита Na₂O Al₂O₃ 6SiO₂ и анортита CaO Al₂O₃ 2SiO₂ и их смеси. Они имеют различную окраску от белого и серого до розового и темно-красного цветов, плотность – 2500...2760 кг/м³, твердость – 6, предел прочности при сжатии – до 170 МПа, температуру плавления – в пределах 1170...1550^оС. Стойкость полевых шпатов ниже, чем кварца. Легко выветриваются.

Слюды – минералы с весьма совершенной спайностью в одном направлении, которые способны расщепляться на тончайшие упругие пластинки. По химическому составу они представляют собой водные алюмосиликаты сложного состава. Мусковит – светлая алюминиевая слюда, биотит – железисто-магнезиальная слюда темного цвета. Плотность слюд составляет 2760...3200 кг/м³, твердость – 2...3, стойкость биотита меньше, чем мусковита. Присутствие слюд в породах затрудняет их шлифовку, полировку.

Железисто-магнезиальные  минералы называют темно-окрашенными (от темно-зеленого до черного). По химическому составу это железисто-магнезиальные силикаты. Наиболее распространенные минералы этой группы: амфиболы, пироксены, оливин. Их плотность находится в пределах 3000-3600 кг/м³, твердость – 5,5-7,5, имеют высокую ударную вязкость, высокую стойкость.

 

3. Глубинные породы

 

Гранит и близкие к нему переходные породы (гранитоиды) состоят из кварца, полевых шпатов, слюды, иногда роговой обманки или авгита. Это самые распространенные из всех магматических пород. Цвет породы определяется цветом полевых шпатов. Плотность составляет 2600-2800 кг/м³, прочность при сжатии – 100-250 МПа. Водопоглощение – менее 1 %, имеют высокую морозостойкость – более 200 циклов, хорошую сопротивляемость истиранию, высокую теплопроводность. Граниты хорошо обрабатываются. Их используют для облицовки зданий и гидротехнических сооружений, в качестве плит для полов, ступеней, материалов для дорог, в качестве крупного заполнителя для бетонов, бутового камня и т.п.

Сиенит в отличие от гранита не содержит кварца, а состоит в основном из полевого шпата и темно-окрашенных минералов (до 15 %). Сиенит похож на гранит, но среднезернистой структуры и окраска темнее. Свойства сиенита близки к свойствам гранита.

Диорит примерно на 3/4 состоит из полевых шпатов и до 25 % содержит темноокрашенные минералы. Характеризуется мелко- и среднезернистым строением и серо-зеленым или темно-зеленым цветом. По строительным свойствам не уступает гранитам. Его применяют при облицовочных работах и в дорожном строительстве.

Габбро состоит из полевого шпата (до 50 %) и темноокрашенных минералов, представляет собой поликристаллическую породу от темно-серого до черного цвета. Его применяют в виде штучных изделий для облицовок, дорожных покрытий, щебня для бетонов.

 

4. Излившиеся породы

 

Порфиры – излившиеся горные породы, близкие по химическому составу к гранитам (кварцевый порфир), сиенитам (бескварцевый порфир), диоритам (порфирит) и характеризующиеся порфировой структурой. Порфиры менее устойчивы к выветриванию, слабее сопротивляются истиранию. Другие строительные свойства порфиров близки к свойствам глубинных пород.

Трахит – излившаяся порода, имеющая тот же минеральный состав, что и сиениты, но более пористая, так как отвердевала на поверхности земли. Его применяют в качестве стенового материала и щебня для бетонов.

Андезит - аналог диорита, но отличается от него порфировой структурой. Плотные андезиты применяют в виде кислотоупорных плит и щебня для кислотоупорного бетона.

Диабаз по минеральному составу аналогичен габбро, используют диабаз для изготовления дорожных материалов (брусчатки, шашки, бортового камня), щебня для бетона, а также в качестве сырья для каменного литья и кислотоупорных изделий.

Базальт, как и диабаз, является аналогом габбро. Характеризуется высокой прочностью – до 500 МПа. используется как дорожный материал, в качестве щебня, для каменного литья.

Вышеперечисленные породы имеют массивное строение. К пористым эффузивным породам относят пемзу, пеплы, туфы.

Пемза представляет собой пористое вулканическое стекло, образовавшееся в результате выделения газов при быстром застывании кислых и средних лав. Цвет пемзы белый или серый. Пористость – до 80 %, твердость - 6, истинная плотность – 2,0-2,5 г/см³, плотность – 0,3-0,9 г/см³. Пемза служит заполнителем в легких бетонах, гидравлической добавкой цементам и извести, в качестве абразивного материала.

Вулканический пепел – наиболее мелкие частицы лавы, обломки отдельных минералов, выброшенные при извержении вулкана. Вулканический пепел является активной минеральной добавкой для воздушной извести и портландцемента.

Вулканические туфы – горные породы, образовавшиеся из твердых продуктов вулканических извержений: пепла, пемзы и других, впоследствии уплотнения и цементирования. ементом туфов является вулканический пепел, глинистое или кремнистое вещество, иногда с примесью продуктов разложения пепла.

 

1.2. Осадочные горные  породы

1.2.1. Классификация  осадочных горных пород

 

Осадочные горные породы образуются при осаждении и накоплении минеральных  и органических веществ в результате физических, химических и биологических  процессов на дне водных бассейнов  или на поверхности суши. Процесс  их образования протекает по схеме: физическое или химическое выветривание ® механический или химический перенос ® отложение и накопление ® уплотнение и цементация. Общими признаками для осадочных пород являются многообразие их строения и структур, физико-механических свойств, залегание в виде пластов, слоистое строение. Осадочные породы, в свою очередь, по характеру образования и составу делятся на обломочные, хемогенные и органогенные. Часто эти же породы бывают мономинеральными.

Обломочные (механические отложения) – продукты механического разрушения (выветривания) каких-либо пород, часть из них подвергается в дальнейшем цементированию природными цементами, т.е. могут быть рыхлыми (глина, песок, гравий, галька, дресва) или сцементированными (конгломерат, брекчия, песчаник).

Хемогенные породы представляют собой осадки, образовавшиеся в результате выпадения минеральных веществ из водных бассейнов с последующим их уплотнением и цементацией. Например: гипс, ангидрит, магнезит, доломит.

Органогенные породы образуются в результате отмирания организмов и отложения на дне водоемов остатков животных и водорослей (известняк-ракушечник. известняк мшанковый, мел, диатомит, трепел, опока).

 

 

 

1.2.2. Главные породообразующие минералы осадочных пород

 

Осадочные породы чаще всего  содержат минералы, относящиеся к  следующим химическим соединениям: кремнезем, алюмосиликаты, карбонаты, сульфаты.

Кварц (кристаллический кремнезем) благодаря высокой стойкости при выветривании остается химически неизменным и входит в состав многих осадочных пород (песков, песчаников, глин и др.). В аморфном состоянии кремнезем в осадочных породах встречается в виде минерала опала.

Опал (SiO₂ n H₂O) менее плотен (r_m=1900...2500 кг/м³), прочен и стоек, чем кварц. Его используют при изготовлении минеральных смешанных вяжущих веществ.

Каолинит (Al₂O₃ 2SiO₂ 2H₂O) – водный силикат алюминия, образуется при выветривании полевых шпатов и слюд. Цвет каолинита без примесей – белый, плотность – 2600 кг/м³, твердость – 1. Каолинит и другие водные алюмосиликаты типа Al₂O₃ nSiO₂ mH₂O являются основными при образовании глин.