книги / Строительные материалы

Вулканический пепел-— наиболее мелкие частицы Лавы, обломки отдельных минералов, выброшенные при извержении вулкана. Размеры частичек пепла колеблют­ ся от 0,1 до 2 мм. Вулканический пепел является актив­ ной минеральной добавкой для воздушной извести и портландцемента.

Вулканические туфы — горные породы, образовавшие­ ся из твердых продуктов вулканических извержений: пепла, пемзы и других, впоследствии уплотненных и сцементированных. Цементом туфов является вулканиче­ ский пепел, глинистое или кремнистое вещество, иногда с примесью продуктов разложения пепла.

Туфолавы — горная порода, занимающая промежу­ точное положение между лавой и туфом. Образование туфолав связывают с быстрым вспениванием лав при па­ дении давления и связанным с этим дроблением вкрап­ ленников и стекла без разрыва сплошности лавового по­ тока. В состав вулканических туфов и туфолав входят Si02, А120 3, Fe2C>3. Вулканические туфы и туфолавы хо­ рошо сопротивляются выветриванию, мало теплопровод­ ны и, несмотря на большую пористость, морозостойки. Они легко обрабатываются, распиливаются, пробивают­ ся гвоздями, шлифуются, но не полируются.

Типичный представитель туфолав— артикский туф, добываемый в Армении (вблизи г. Ленинакана). При истинной\плотностн около 2,6 г/см3 плотность породы ко­ леблется от 750 до 1400 кг/м3. Соответственно порис­ тость ее составляет 70—46%. Теплопроводность артикского туфа меньше, чем обыкновенного кирпича, что поз­ воляет уменьшать толщину наружных стен зданий.

Прочность туфов находится в тех же примерно пре­ делах, что и прочность обыкновенного кирпича, т. е. 5— 15 (иногда до 30) МПа.

Туф и туфолавы используют в виде пиленого камня для кладки стен жилых зданий, устройства перегородок и огнестойких перекрытий. Используются они также в качестве декоративного камня, чему благоприятствует наличие туфов разных Цветов — лиловых, желтых, крас­ ных, черных. Применяются туфы и в виде щебня для лег­ ких бетонов.

Среди эффузивных пород кислого состава широко распространены вулкаНкческие стеклаi: обсидиан — тем­ ная, нередко черная порода со стеклянным блеском и ха­ рактерным раковистым Изломом, почти не содержащая

воды; перлит — вулканическое стекло с 3—4% воды; пехштейн — черная порода со смоляным блеском, содер­ жащая до 10% воды. Их используют в строительстве после термической обработки в виде «вспученного перли­ та», обладающего малой плотностью, большой порис­ тостью, малыми звуко- и теплопроводностью.

§3. ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

1.Общая характеристика

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

В результате воздействия агентов химического вывет­ ривания происходит окисление минералов с образовани­ ем новых минеральных видов и выносом в растворенном состоянии различного рода соединений. В качестве при­ мера подобного процесса рассмотрим схему разложения полевых шпатов под воздействием воды и растворенной в ней углекислоты.

На первом этапе химического выветривания полевые шпаты переходят в глинистые минералы типа гидрослю­ ды. При более глубоком разложении образуется другой глинистый минерал — каолинит:

К2О •А^Оз* 6SiC>24" яН20 -f* СО2= Al2(V 2 S i0 2* 2Н20 -{-

каолинит

-f- К2СО3 4Si02*mH20.

опал

Преобладающая часть продуктов выветривания вы­ носится из зоны выветривания и отлагается вдали от мес­ та разрушения материнских пород. Основными агентами переноса являются текучие воды, движущийся лед и ве­ тер.

В зависимости от условий образования осадочные по­ роды (рис. 2.5) делят на следующие три основные груп­ пы: 1) обломочные породы, или механические осадки: а) рыхлые (например, гравий, глины, пески), оставшиеся на месте разрушения пород или перенесенные водой, льдом (ледниковые отложения) или ветром (эоловые от­ ложения); б) сцементированные (песчаники, конгломе­ раты, брекчии); 2) химические осадки (например, гипс и известняковые туфы), образовавшиеся из продуктов

иногда 34 %. При нагревании часть воды теряется. Опал чаще всего бесцветный или молочно-белый,- но в* зависи­ мости от примесей может быть желтым, голубым или чер­ ным. Плотность 1,9—2,5 г/см3, максимальная твердость 5—6; хрупок.

Халцедон Si02— волокнистая или скрытокристалличе­ ская разновидность кварца. Цвет белый, серый, светложелтый, бурый, зеленый. Плотность 2,6 г/см3, твердость 6. Халцедон является продуктом кристаллизации опала,

атакже выпадает непосредственно из растворов, отлага­ ясь совместно с опалом и кварцем.

Кварц Si02. В осадочных породах присутствует кварц магматического происхождения и кварц, осадочный. Оса­ дочный кварц отлагается непосредственно из растворов,

атакже образуется в результате перекристаллизации опала и халцедона. Он широко распространен в кремнис­ тых породах, заполняет трещины, поровые пространства

идругие полости в песчаниках и известняках. Карбонаты. Минералы группы карбонатов имеют ши­

рокое распространение в осадочных породах. Наиболее важную роль в них играют кальцит, доломит и магнезит.

Кальцит (СаСОз) — бесцветный или белый, при нали­ чии механических примесей серый, желтый, розовый или голубоватый минерал. Блеск стеклянный. Плотность 2,7 г/см3, твердость 3. Характерным диагностическим при­ знаком является растворимость с бурным вскипанием в 10% -ной соляной кислоте. Имеется разновидность кар­ боната кальция, называемая арагонитом. В условиях зем­ ной поверхности арагонит неустойчив и переходит в кальцит.

Доломит CaMg(C03)2— бесцветный или 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 кри­ сталлы встречаются редко. Образуется он либо как пер­ вичный химический осадок, либо в результате доломити­ зации известняков. Минерал доломит слагает породу того же названия. Применяется в качестве сырья для про­ изводства магнезиальных и доломитовых вяжущих ве­ ществ, доломитовых огнеупорных материалов, а также в качестве строительного камня, щебня для бетона.

Магнезит MgC03— бесцветный, белый, серый, жел­ тый, коричневый минерал. Плотность 3 г/см3, твердость

Сульфаты. Наиболее распространенными минералами этой группы являются гипс и ангидрит.

Гипс CaS04-2H20 представляет собой скопление бе­ лых и бесцветных кристаллов, иногда окрашенных меха­ ническими 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 зем­ листых агрегатов, а также слагает цемент песчаника. Гипс применяется в производстве гипсовых вяжущих ве­ ществ, портландцемента и др.

Ангидрит CaS04— белый, серый, светло-розовый, свет­ ло-голубой минерал. Блеск стеклянный. Плотность 3 г/см3, твердость 3—3,5. Как правило, встречается в ви­ де сплошных мелкозернистых агрегатов; крупные крис­ таллы образуются редко, они обычно имеют таблитча­ тую, игольчатую или призматическую формы.

Красиво окрашенные ангидрит и гипс иногда приме­ няют как облицовочный материал для внутренних отде­ лок зданий, а после пропитки водостойкими эмульсиями и для наружных отделок. Ангидрит используют для про­ изводства вяжущих веществ. Гипс и ангидрит слагают породы того же названия.

Наиболее характерной особенностью строения оса­ дочных пород является их слоистость. В том случае, когда слоистость отсутствует, текстуру называют беспо­ рядочной, так как частицы располагаются в ней без вся­ кой ориентировки.

3. Обломочные породы

Породы рассматриваемой группы сложены преиму­ щественно зернами устойчивых при выветривании мине­ ралов и горных пород.

Рыхлые обломочные горные породы. Песок представ­ ляет собой образовавшуюся в результате выветривания горных пород рыхлую смесь зерен (до 5 мм) различных минералов, входивших в состав магматических (иногда осадочных) горных пород.

Гравий — крупиообломочиая рыхлая порода, состоя­ щая из окатанных зерен (от 5 до 150 мм). Песок и гра­ вий применяют в качестве заполнителей для бетона в

дорожном строительстве. Пески служат компонентом сырьевой смеси в производстве стекла, керамических из­ делий и др.

Глинистые породы слагаются более чем из 50 % час­ тиц мельче 0,01 мм, причем многие из них имеют разме­ ры меньше 0,001 мм. За основу классификации глини­ стых пород принимается состав глинистых минералов.

Каолиновые глины слагаются в основном каолином. Обычно, эти глины окрашены в светлые тона, жирные на ощупь, малопластичны, огнеупорны.

Полимиктовые глины характерны наличием двух или нескольких минералов, причем ни один из них не явля­ ется преобладающим. Они окрашены в бурые, серые, ко­ ричневые или зеленоватые тона. Обычно содержат значи­ тельное количество песчаной примеси, карбонаты, суль­ фаты, сульфиды, гидроксиды железа. Глины находят широкое применение в керамической промышленности. Каолиновые глины являются сырьем для огнеупоров. По­ лимиктовые используют для изготовления кирпича, грубой керамики и других изделий. Глины являются также ком­ понентом сырьевой смеси в производстве цемента. Их ис­ пользуют как строительный материал при возведении земляных плотин (экранов).

Сцементированные обломочные горные породы. Песчаник состоит из зерен песка (в большинстве слу­

чаев кварцевого), скрепленных цементирующим вещест­ вом. Если в состав цементированных обломочных пород входят крупные куски (гравий или щебень), то таким по­ родам даются названия конгломерата (при округлых кусках) и брекчии (при остроугольных кусках).

Природные цементы весьма разнообразны, поэтому различают известковые песчаники, сцементированные карбонатом кальция СаС03; кремнистые, сцементирован­

Из перечисленных сцементированных пород чаще все­ го применяются в строительстве песчаники.

Известковые песчаники сходны по строительным свойствам с обыкновенными известняками, поэтому их и применяют так же, как и плотные известняки. Однако наличие кварцевых зерен делает песчаники труднообра­

батываемыми. Как и в известняках, вредными прим ер ми в песчаниках являются глина и серный колчедан. Кремнистые песчаники большей частью весьма прочий и стойки.

4. Хемогенные породы

Среди пород химического происхождения наиболее важные в строительном деле — карбонатные, сульфатные и аллитовые породы.

Карбонатные породы. Наиболее распространенными карбонатными породами являются известняки и доломи­ ты. В зависимости от количественного соотношения в по­ роде кальцита и доломита наблюдаются постепенные пе­ реходы от чистых известняков к чистым доломитам (табл. 2.2).

Количество глинистой примеси в карбонатных поро­ дах может колебаться в широких пределах. Порода, в которой приблизительно поровну содержится карбонат­ ного и глинистого материала, называется мергелем. Раз­ новидности карбонатно-глинистых пород показаны в табл. 2.3.

Наличие примесей оказывает большое влияние на фи- зико-механические свойства карбонатных пород. Глинис­ тое вещество при увлажнении понижает прочность извест­ няков. Кремнезем уменьшает растворимость известняков и .повышает их прочность. Доломитизированные извест­ няки характеризуются большей прочностью по сравне­ нию с известняками. Нежелательны примеси гипса, анги­ дрита и других легкорастворимых солей.

Пористость плотных известняков не превышает деся­ тых долей процента, а рыхлых 15—20%. Окраска изве­ стняков зависит от примесей и может быть белой, жел­ товатой, бурой, серой, темно-серой. Среди известняков, образовавшихся химическим путем, выделяют известко­ вые туфы и микрозернистые известняки.

Доломиты по внешнему виду похожи на известняки. Цвет доломитов белый, желтовато-белый, светло-бурый. Для них характерны микрозернистые и кристаллическизернистые структуры.

Благодаря широкому распространению, легкой добы­ че и обработке обыкновенные известняки, доломитизированные известняки и доломиты применяют в строитель­ стве 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 наружной облицовки зданий. Известняковый щебень часто используют в качестве за­ полнителя для бетона. Наконец, известняки широко при­ меняют как сырье для получения вяжущих веществ-^ извести и цемента. Доломиты используют для получения вяжущих и огнеупорных материалов в цементной, сте­ кольной, керамической и металлургической промышлен­ ности,

Сульфатные породы. Сульфатные породы состоят из сульфатных соединений, выпадающих в осадок в случае увеличения их концентрации в природных водах. Гипсо­ вые и ангидритовые породы, как раньше упоминалось, слагаются одноименными минералами — гипсом и ангн дритом, которые в природных условиях в результате гид­ ратации и дегидратации переходят друг в друга. Ангид­ рит отличается от гипса большей твердостью. Обычно ом имеет светлые цвета — белый, зеленоватый, светло-се­ рый, серовато-голубоватый. Гипс и ангидрит служат сырьем для получения вяжущих веществ, иногда их при­ меняют в виде облицовочных изделий.

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

Породообразующими минералами бокситов являются гидроксиды алюминия (гиббсит и диаспор). По внешне­ му виду бокситы разнообразны. Они могут быть мягки­ ми, рыхлыми, похожими на глину и плотными с раковис­ тым изломом. Пластичностью бокситы не обладают. Окраска обусловлена наличием гидроксида железа. Чаще она бывает красная, бурая, коричневая, зеленовато-се­ рая. Бокситы используют для производства алюминия, искусственных абразивов, огнеупоров, в качестве адсор­ бента при очистке нефтепродуктов.

Латериты состоят в основном из каолинита и гидро­ ксидов железа, в меньшем количестве в них входят гид­ роксиды алюминия. Цвет их красный, бурый или желтый. Высокая стойкость против выветривания позволяет ис­ пользовать их в качестве строительного камня.

5.Органогенные породы

Косадочным органогенным породам относятся био­ генные кремнистые породы и органогенные известняки.

Биогенные кремнистые породы (силициты) 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. Диатомиты — легкие светлые тонкопори­ стые породы, состоящие из опаловых скелетов диатомо­ вых водорослей. Радиоляриты сложены опаловыми ске­