СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Осадочные горные породы

Осадочная порода образуется в условиях переотложения про­дуктов выветривания и разрушения различных горных пород, хими­ческого и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятель­ности растений.

В результате воздействия агентов химического выветривания происходит окисление минералов, их гидратация, а также разложе­ние минералов сложного состава с образованием новых минераль­ных видов и выносом в растворенном состоянии различного рода соединений.

На первом этапе химического выветривания полевые шпаты пе­реходят в глинистые минералы типа гидрослюды. При более глубо­ком разложении образуется другой глинистый минерал — каоли­нит — АІ20з-28і02'2Н20.

Преобладающая часть продуктов выветривания выносится из зоны выветривания и отлагается вдали от места разрушения мате­ринских пород. Основными агентами переноса являются текучие воды, движущийся лед и ветер.

Осадочные породы в зависимости от условий их образования делят на три основные группы: обломочные породы, или механиче­ские осадки: рыхлые (гравий, глины, пески), оставшиеся на месте разрушения пород или перенесенные водой, а также льдом (ледни­ковые отложения) или ветром (эоловые отложения); с цементирован­ные (песчаники, конгломераты, брекчии); химические осадки (на­пример, гипс и известковые туфы), образовавшиеся из продуктов разрушения пород, перенесенных водой в растворенном виде: орга­ногенные породы, образовавшиеся из остатков некоторых водорос­лей и животных (скелеты губок, кораллов, раковины и панцири ра­кообразных и др.): к органогенным породам относятся мел, боль­шинство известняков, диатомиты.

Кроме обломочных рыхлых пород встречаются также породы (конгломераты, брекчии, песчаники), зерна которых сцементированы различными природными цементами. Эти цементы находились в растворенном или коллоидном состоянии в воде и выпали в толще рыхлых осадков, сцементировав их зерна в сплошные горные поро­ды различной плотности.

Большинство осадочных пород имеет более пористое строение, чем плотные магматические породы, а следовательно, и меньшую прочность. Некоторые их них сравнительно легко растворяются (на­пример, гипс) или распадаются в воде на мельчайшие нераствори­мые частицы (например, глины).

В составе осадочных пород можно выделить две различные по своему происхождению группы минералов: реликтовые и минералы осадочного происхождения. К первой группе относят минералы магматические и метаморфические; обычно зерна этих минералов окатаны; ко второй — минералы, образовавшиеся на месте в осадке или в породе.

Главные породообразующие минералы

Группа кремнезема. Наиболее распространенные минералы этой группы — опал, халцедон и осадочный кварц.

Опал (Si02nH20 ) — аморфный минерал, содержание воды в нем колеблется от 2 до 14% и достигает иногда 34%. При нагревании часть воды теряется. Опал чаще всего бесцветный или молочно-белый, но в зависимости от примесей может быть желтым, голубым или черным. Плотность 1,9-2,5 г/см3, максимальная твердость 5-6, хрупкий.

Халцедон (Si02) является волокнистой или скрытокристалличе­ской разновидностью кварца. Цвет белый, серый, светло-желтый, бурый, зеленый. Плотность 2,6 г/см3, твердость 6. Халцедон является продуктом кристаллизации опала, а также выпадает непосредствен­но из растворов, отлагаясь совместно с опалом и кварцем.

Кварц (Si02). В осадочных породах присутствует кварц магма­тического происхождения и кварц осадочный. Осадочный кварц от­лагается непосредственно из растворов, а также образуется в резуль­тате перекристаллизации опала и халцедона. Он широко распростра­нен в кремнистых породах, заполняет трещины, поровые простран­ства и другие полости в песчаниках и известняках.

Группа карбонатов. Минералы группы карбонатов имеют ши­рокое распространение в осадочных породах. Наиболее важную роль в них играют кальцит, доломит и магнезит.

Кальцит (СаСОэ). Бесцветный или белый, при наличии механи­ческих примесей — серый, желтый, розовый или голубоватый мине­рал. Блеск стеклянный. Плотность 2,7 г/см3, твердость 3. Характер­ным диагностическим признаком является растворимость с бурным вскипанием в 10%-ной соляной кислоте.

Разновидность карбоната кальция называется арагонитом. В ус­ловиях земной поверхности арагонит неустойчив и переходит в кальцит.

Доломит [CaMg(C03)]2 — бесцветный, белый, часто с желтова­тым или буроватым оттенком минерал. Блеск стеклянный. Плот­ность 2,8 г/см3, твердость 3-4. В 10%-ной соляной кислоте вскипает только в порошке и при нагревании. Доломит обычно мелкозернист, крупные кристаллы встречаются редко. Образуется он либо как пер­вичный химический осадок, либо в результате доломитизации из­вестняков. Минерал доломит слагает породу того же названия. При­меняется в качестве сырья для производства магнезиальных и доло­митовых вяжущих веществ, доломитовых огнеупорных материалов, а также в качестве строительного камня и щебня для бетона.

Магнезит (MgC03) — бесцветный, белый, серый, желтый, коричневый минерал. Плотность 3,0 г/см3, твердость 3,5-4,5. Растворяется в НС1 при нагревании. Применение магнезита основа­но на высокой огнеупорности и вяжущих свойствах оксида магния. Магнезит, обожженный при 1500-1650 °С, представляет собой вы­сокоогнеупорный материал, применяющийся для изготовления маг­незитового кирпича, а обожженный при 750-800 °С дает оксид маг­ния (каустический магнезит) и образует с растворами хлористого или сернокислого магния магнезиальное вяжущее.

Группа глинистых минералов. Глинистые минералы играют в составе осадочных пород исключительно важную роль. Они слагают глины, а также могут находиться в качестве примеси в песчаниках, алевролитах, известняках и многих других породах, существенно изменяя их физико-химические свойства. Минералы этой группы относятся к водным алюмосиликатам. Наиболее широкое распро­странение имеют каолинит, монтмориллонит и гидрослюды.

Каолинит — Al4[Si4Oio](OH)g или Al203'2Si02‘2H20. Белый, иногда с буроватым или зеленоватым оттенком минерал. Плотность его 2,6 г/см3, твердость 1. На ощупь жирный. Встречается в виде ме­лоподобных плотных агрегатов. Каолинит образуется в результате разложения полевых шпатов, слюд и некоторых других силикатов в процессе их выветривания и переноса продуктов разрушения. На земной поверхности устойчив в условиях кислой среды. Каолинит слагает каолиновые глины, входит в состав полиминеральных глин, иногда присутствует в цементе обломочных пород.

Гидрослюды образуются при разложении слюд и некоторых дру­гих силикатов (например, полевых шпатов).

Гидрослюды используют в строительстве, например вермику­лит, обладающий свойством увеличиваться при нагревании в 20 и более раз, применяется как пористый заполнитель легкого бетона.

Монтмориллонит образуется в условиях щелочной среды в мор­ских осадках и в коре выветривания. Слагает бентонитовые глины, иногда служит цементирующим материалом в песчаниках. Минера­лы группы монтмориллонита широко распространены в осадочных породах, а в некоторых глинах играют роль главных породообра­зующих. Примеси глинистых минералов в известняках и песчаниках нежелательны, так как содержание уже 3-4% глины резко понижает их водостойкость и морозостойкость.

Группа сульфатов. Наиболее распространенными минералами этой группы являются гипс и ангидрит.

Гипс CaS04‘2H20 представляет собой скопление белых или бес­цветных кристаллов, иногда окрашенных механическими примесями в голубые, желтые или красные тона. Блеск стеклянный. Плотность 2,3 г/см3, твердость 2. Для гипса, развивающегося в пустотах и тре­щинах, характерно волокнистое строение и шелковистый блеск. Иногда гипс встречается в виде тонкозернистых и землистых агрега­тов, а также слагает цемент песчаника. Гипс применяют в производ­стве вяжущих веществ: строительного и формовочного гипса и др.

Ангидрит CaSC>4 — белый, серый, светло-розовый, светло- голубой минерал. Блеск стеклянный. Плотность 3,0 г/см3, твердость 3-3,5. Как правило, встречается в виде сплошных мелкозернистых агрегатов; крупные кристаллы образуются редко, они обычно имеют игольчатый или призматический облик.

Красиво окрашенные ангидрит и гипс иногда применяют как об­лицовочный материал для внутренних отделок зданий, а после про­питки водостойкими эмульсиями — и для наружных отделок. Ан­гидрит используют для производства вяжущих веществ. Гипс и ангидрит слагают породы того же названия, широко распространенные в соленосных отложениях.

Органические остатки в осадочных породах. Осадочные по­роды нередко содержат органические остатки животного и расти­тельного происхождения, сложенные кремнистым или известковым веществом.

Наиболее важными по своим строительным свойствам из групп пород биохимического происхождения являются диатомиты, сло­женные остатками диатомей, диатомовые водоросли — мельчайшие одноклеточные растения, заключенные в тонкий пористый панцирь, состоящий из опала. Встречаются преимущественно в кремнистых и глинисто-кремнистых породах.

Вулканогенный материал в осадочных породах представлен об­ломками вулканического стекла (вулканический пепел), размеры ко­торых колеблются от 0,01 до 1 мм и характеризуются остроугольны­ми причудливо изогнутыми формами.

. Структура осадочной породы определяется размером и фор­мой ее минеральных компонентов, текстура — их взаимным распо­ложением и ориентировкой в пространстве. Структура и текстура характеризуют строение породы. Наиболее характерной особенно­стью строения осадочных пород является их слоистость. В том случае, когда слоистость отсутствует, текстуру называют беспо­рядочной, так как частицы располагаются в ней без всякой ори­ентировки. Беспорядочная текстура характерна для песков и грубо­обломочных пород.

Обломочные породы

Породы рассматриваемой группы сложены преимущественно зернами устойчивых при выветривании минералов и горных пород.

Рыхлые обломочные породы — песок и гравий — применяют в качестве заполнителей для бетона, в дорожном строительстве, для железнодорожного балласта. Пески служат компонентом сырьевой смеси в производстве стекла, керамических изделий и др. Песчаные породы широко используют при возведении намывных плотин, дамб и др.

Глинистые породы сложены более чем на 50% частицами мель­че 0,01 мм, причем не менее 25% из них имеют размеры меньше 0,001 мм. Они характеризуются сложным минеральным составом. Кроме того, глинистые породы могут содержать обломочные зерна кварца, полевых шпатов, слюд, а также гидроокислы, карбонаты, сульфаты и прочие минералы. Наличие обломочной примеси оказы­вает существенное влияние на степень пластичности глины.

За основу минералогической классификации глинистых пород принимается состав глинистых минералов.

Каолиновые глины сложены минералом каолинитом. Обычно эти глины окрашены в светлые тона, жирные на ощупь, они мало­пластичны, огнеупорны.

Полимиктовые глины характерны наличием двух или несколь­ких минералов, причем ни один из них не является преобладающим. Они окрашены в бурые, коричневые, серые или зеленоватые тона. Обычно содержат значительное количество песчаной и алевритовой примеси и различные карбонаты, сульфаты, сульфиды, гидроокислы железа и т. п.

Глины находят большое применение. Каолиновые глины явля­ются огнеупорными и их широко используют в керамической про­мышленности. Гидрослюдистые глины и глины полимиктового со­става применяют для изготовления кирпича, грубой керамики и дру­гих изделий. Глины являются также компонентом сырьевой смеси в производстве цемента. Глины используют как строительный матери­ал при возведении земляных плотин (экраны и пр.)

Хемогенные породы

Среди пород химического происхождения наиболее важными в строительном деле являются карбонатные, сульфатные и аллитовые породы.

Карбонатные породы. Наиболее распространенными карбонат­ными породами являются известняки и доломиты. Известняк — по­рода, сложенная более чем на 50% кальцитом; доломит — порода, состоящая более чем на 50% из доломита. В зависимости от количественного соотношения в породе кальцита и доломита наблюдаются постепенные переходы от чистых известняков к чистйшдааошюгаминистой примеси в карбонатных породах может колебаться в широких пределах. Порода, характеризующаяся при­близительно равным содержанием карбонатного и глинистого мате­риала, называется мергелем.

Наличие примесей оказывает большое влияние на физико­механические свойства карбонатных пород. Глинистое вещество при увлажнении понижает прочность известняков. Кремнезем уменьшает растворимость известняков и повышает их прочность. Доломитизи - рованные известняки характеризуются меньшей растворимостью и большей прочностью по сравнению с известняками, не затронутыми процессами доломитизации. Примеси гипса, ангидрита и других лег­корастворимых весьма нежелательны.

Пористость плотных известняков не превышает десятых долей процента, а рыхлых достигает 15-20%. Окраска известняков зависит от примесей и может быть различной: белой, желтоватой, бурой, се­рой, темно-серой до черной. Среди известняков, образовавшихся химическим путем, выделяют известковые туфы, а также некоторые микрозернистые известняки.

Доломиты похожи на известняки. Цвет доломитов белый, жел­товато-белый, светло-бурый. Для них характерны микрозернистые и кристаллически-зернистые структуры.

Благодаря широкому распространению, легкой добыче и об­работке обыкновенные известняки, доломитизированные извест­няки и доломиты применяют в строительстве чаще, чем другие породы. Их используют в виде бутового камня для фундаментов, стен неотапливаемых зданий или жилых домов в районах с теп­лым климатом, а наиболее плотные породы применяют в виде плит и фасонных деталей для наружных облицовок зданий. Из­вестняковый щебень часто используют в качестве заполнителя для бетона. Наконец, известняки широко применяют как сырье для получения вяжущих веществ — извести и цемента. Доломиты используют для получения вяжущих и огнеупорных материалов в цементной, стекольной, керамической и металлургической промыш­ленности.

Сульфатные породы состоят из сульфатных соединений, выпа­дающих в осадок в случае увеличения их концентрации в природных водах. Гипсовые и ангидритовые породы, как раньше упоминалось, слагаются одноименными минералами — гипсом и ангидритом, ко­торые в природных условиях в результате гидратации и дегидрата­ции переходят друг в друга. Ангидрит отличается от гипса большей твердостью. Обычно он имеет светлые цвета — белый, зеленоватый, светло-серый, серовато-голубоватый. Гипс и ангидрит служат сырь­ем для получения вяжущих веществ, иногда их применяют в виде облицовочных изделий.

Аллитовые породы характеризуются высоким содержанием глинозема. В этой группе выделяют две главные породы: бокситы и латериты.

Бокситы. Породообразующими минералами бокситов являются гидрооксиды алюминия (гиббсит и диаспор). Бокситы характеризу­ются большим разнообразием внешнего вида. Они могут быть мяг­кими, рыхлыми, похожими на глину и плотными с раковистым из­ломом. Пластичностью бокситы не обладают. Окраска обусловлена наличием гидрооксидов железа. Чаще она бывает красная, бурая, коричневая, зеленовато-серая. Бокситы используют для производст­ва алюминия, искусственных абразивов, огнеупоров, в качестве ад­сорбента при очистке нефтепродуктов.

Латериты состоят в основном из каолинита и гидроокислов железа, в меньшем количестве в них входят гидроокислы алюминия. Цвет их красный, бурый или желтый. Высокая стойкость против вы­ветривания позволяет использовать их в качестве строительного ма­териала.

Органогенные породы

К осадочным органогенным породам относятся биогенные кремнистые породы и органогенные известняки.

Биогенные кремнистые породы (силициды) сложены осадоч­ным кремнеземом (опалом, халцедоном, кварцем). По морфологиче­скому признаку выделяют пластовые и конкреционные кремнистые породы.

Главными разновидностями пластовых кремнистых пород яв­ляются диатомиты, радиоляриты, спонголиты, трепелы, опоки и яш­мы. Диатомиты — легкие светлые тонкопористые породы, состоя­щие из опаловых скелетов диатомовых водорослей. Радиоляриты сложены опаловыми скелетами радиолярий, по внешнему виду они не отличаются от диатомитов. Спонголиты состоят преимуществен­но из опаловых спикул губок. Трепелы и опоки — белые или серые, очень легкие, похожи на каолиновую глину или мел и состоят из опала, реже халцедона. Яшмы — массивные плотные неравномерно окрашенные породы с характерным раковистым изломом, состоят они из халцедона или мелкозернистого кварца с постоянной приме­сью тонкорассеянных гидрооксидов железа.

Конкреционные кремнистые породы встречаются значительно реже. Желваки или конкреции, сложенные осадочным кремнеземом, называют кремнями. Кремни могут быть рассеяны в различных породах-известняках, песчаниках, глинах.

Для кремнистых пород характерно водно-осадочное происхожде­ние. Кремнезем, образовавшийся в результате химического выветри­вания магматических пород, а также при вулканических извержениях, поступал в водоемы (морские, реже озерные) и отлагался там благо­даря коагуляции коллоидных растворов или в результате жизнедея­тельности организмов, потреблявших его для построения скелетов.

Кремнистые породы находят разнообразное практическое при­менение. Яшмы используют как декоративный камень и в строи­тельстве. Диатомиты, трепелы, опоки применяют для производства

теплоизоляционных материалов, в виде минеральных добавок к вя­жущим веществам (воздушной извести, портландцементу).

Органогенные известняки могут быть сложены целыми рако­винами или обломками раковин различных морских беспозвоноч­ных, а также остатками известковых водорослей. Органогенные из­вестняки иногда слагают рифы. Рифостроящими организмами явля­ются преимущественно известковые водоросли, кораллы и др.

Разновидность органогенных известняков — мел. Это микрозер - нистая слабоцементированная порода белого цвета.

Известняки-ракушечники применяют в строительстве. Способ­ность легко распиливаться, небольшая плотность (от 0,8 до 1,8 г/см3), малая теплопроводность — все это позволяет уменьшить толщину наружных стен зданий по сравнению с кирпичными, что снижает стоимость строительства.

В южных районах страны органогенные известняки-раку­шечники являются распространенным материалом для кладки стен; наиболее же плотные разновидности известняков используют для кладки фундаментов, наружной (отчасти и внутренней) облицовки стен, а щебень применяют как заполнитель для бетона.