Строительные материалы и изделия

Породообразующие минералы

Строительные свойства горных пород в значительной степени зависят от их минералогического состава. Одни минералы отли­чаются высокой прочностью, твердостью, химической стойкостью (кварц), другие имеют низкую прочность, размокают в воде (гипс). Отдельные минералы обладают спайностью и способны легко расщепляться по одному или нескольким направлениям (слюда), понижая этим прочность породы, в состав которой они входят, и т. д.

Отличительными показателями минералов служат их хими­ческий состав и физические свойства — плотность, твердость. • Среди большого разнообразия природных минералов только небольшая их часть принимает основное участие в образовании горных пород. Поэтому эти минералы названы породообразу­ющими (полевые шпаты, слюды, железисто-магнезиальные ми­нералы, карбонаты и сульфаты).

Кварц по химическому составу представлен диоксидом крем­ния Si02. Это наиболее распространенный минерал земной коры, находящийся в природе в виде самостоятельной горной породы (кварцевых песка и стекла, горного хрусталя) или входящий в состав полиминеральных горных пород. Плотность кварца 2650 кг/м3, твердость 7, предел прочности при сжатии около 2000 МПа. Кварц стоек к действию кислот, за исключением плавиковой, и обладает высокой атмосферостойкостью. При тем­пературе 18...20°С кварц не реагирует с известью Са(ОН)г, но в среде насыщенного водяного пара и при температуре 150... 200 °С вступает с ней в реакцию, образуя гидросиликаты. Этим свойством кварца пользуются, получая искусственные каменные материалы из смеси кварцевого песка и извести, называемые силикатными. При повышении температуры кварц претерпевает физические изменения. Так, при температуре 575 °С кварц из P-модификации переходит в a-модификацию, скачкообразно уве­личиваясь в объеме примерно на 1,5%. При температуре 870 °С кварц переходит в тридимит, значительно увеличиваясь в объеме, так как плотность тридимита равна 2260 кг/м3, ^-кварца — 2650 кг/м3. При температуре 1710 °С кварц плавится, образуя после быстрого остывания кварцевое стекло.

Полевые шпаты по химическому составу представляют собой алюмосиликаты — соединения кремнезема с оксидом алюминия и оксидами щелочных металлов КгО, Na20, СаО. Полевые шпаты имеют плоскости спайности, легко раскалываются по этим плос­костям и отличаются различной окраской. Твердость их равна 6. По характеру проявления спайности полевые шпаты делят на ортоклазы и плагиоклазы. Ортоклазы КгО-Al203-6Si02 — прямо раскалывающиеся минералы; плагиоклазы — косо раскалыва­ющиеся. К последним относятся альбит, или натриевый полевой шпат Na20-Al203-6Si02, и анортит, или кальциевый полевой шпат CaO-Al203-2Si02. Полевые шпаты имеют предел прочнос­ти на сжатие 120...170 МПа, плотность — от 2500 (ортоклаз) до 2760 кг/м3 (анортит). По сравнению, например, с кварцем они легко выветриваются, т. е. разрушаются под действием атмосферных агентов — влаги, углекислого газа. Продуктами выветривания являются алюмосиликаты, в частности каолинит Al203-2Si02-2H20, входящий в состав глин, а иногда и кальцит СаС03.

Слюды — водяные алюмосиликаты сложного и разнообразно­

го состава. Их делят на два вида: биотит и мусковит. В биотите содержатся примеси в виде оксида магния и железа, вследствие чего биотит непрозрачен и имеет темный, а иногда и черный цвет; мусковит прозрачен, так как не имеет этих примесей. Слю­ды легко расщепляются на тонкие упругие пластинки, что харак­теризует их совершенную спайность. Плотность мусковита 2760... 3100 кг/м3, а биотита 2800...3200 кг/м3, твердость 2...3. Биотит входит в состав многих изверженных горных пород. Выветри­вается он быстрее, чем мусковит. Последний встречается в извер­женных и осадочных горных породах.

К железисто-магнезиальным минералам относятся пироксены (наиболее распространенный представитель — авгит), амфиболы (роговая обманка) и оливин. Железисто-магнезиальные минера­лы имеют сложный химический состав; в основном это силикаты магния и железа. Они имеют темную окраску зеленого, бурого, а иногда и черного цвета. Плотность 3000...3600 кг/м3, твердость

5,5.. .7,5. Минералы этой группы (за исключением оливина) обла­дают высокой ударной вязкостью и стойкостью против вывет­ривания. Продуктом выветривания оливина является серпантин, одна из разновидностей которого, хризолит-асбест, имеет волок­нистое строение и состоит из тончайших, очень прочных волокон. Перечисленные минералы входят преимущественно в состав изверженных горных пород.

Важнейшими породообразующими минералами осадочных горных пород являются кальцит, магнезит, доломит, гипс и ан­гидрит.

Кальцит СаС03 (известковый шпат) является одним из наиболее распространенных минералов земной коры. Кальцит образует крупно-, средне - и мелкозернистые породы; плотность его 2700 кг/м3, твердость 3. Кальцит растворим в воде (0,03 г в 1 л), бурно реагирует с кислотами. Вода, содержащая С02, действует на кальцит разрушающе, так как при этом образуется кислый углекислый кальций Са(НС03)2, который растворим в воде более чем в 100 раз по сравнению с СаС03.

Магнезит MgC03 в отличие от кальцита встречается в при­роде значительно реже, он имеет несколько большую твердость и меньшую растворимость, чем кальцит.

Доломит MgCOs-СаСОз — минерал, который по химическому составу представляет собой двойную углекислую соль магния и кальция. Доломит по физическим свойствам аналогичен маг­незиту.

Гипс CaS04-2H20 представляет собой минерал пластинчатого, волокнистого или зернистого строения, плотность 2300 кг/м3, мягкий — твердость 2. Гипс имеет белый цвет, иногда окрашен примесями в различные цвета: серый, красноватый, желтоватый и черный. Гипс обладает сравнительно легкой растворимостью в воде (примерно в 75 раз большей, чем кальцит).

Ангидрид CaS04 — безводная разновидность гипса. Плот­ность ангидрита 2800...3000 кг/м3, твердость 3...3,5; цвет от
красновато-белого до серого. При длительном воздействии воды ангидрит способен перейти в гипс с незначительным увеличе­нием объема.

Каолинит представляет собой водный силикат алюминия. Отдельные пластинки и чешуйки его бесцветны, а сплошная масса может иметь белый, желтоватый, буроватый и голубовато­зеленоватый цвета. Твердость 2,5.

Пирит, серный колчедан FeS2, апатит (кальциевая соль фосфорной кислоты) и другие встречаются в горных породах в качестве второстепенных минералов.