Поведение горных пород при нагревании

Кварц — один из наиболее распространенных ми­нералов земной коры, входит в состав многих пород — гранита, песчаника и др.

При температуре около 575°С кварц претерпевает переход из β- в α- модификацию, скачкообразно увеличиваясь в объеме и рас­трескиваясь.

Таким образом, поведение гранита, песчаника, и других горных пород, в состав которых входит кварц, определяется модификационными превращениями кварца, обусловливающими увеличение объема и появление трещин при нагревании этих пород.

Гранит — горная порода. Состоит из кварца (20—40%), поле­вого шпата (40—70%) и слюды (5—15%). Из-за .наличия кварца нагревание гранита до 575°С и выше сопровождается скачкообраз­ным увеличением объема, появлением трещим и снижением проч­ности.

Прочность гранита при нагревании до 200°С возрастает до 160% от первоначальной. При температуре выше 200°С начинается снижение прочности, которая, однако, при 600°С еще равна на­чальной. Дальнейшее нагревание приводит к резкому падению прочности, 'которая при 800°С составляет лишь 35% первоначаль­ной.

Рост прочности при нагреве до 200°С объясняется снятием внутренних напряжений, возникающих в граните в результате не­равно мерного охлаждения расплавленной магмы.

Несомненное влияние на снижение прочности гранита оказывают и температурные напряжения, возникающие из-за различных коэффициентов теплового расширения минералов, составляющих гранит.

Известняк – осадочная горная порода, состоящая в основном из кальцита (CaCO₃). По сравнению с другими породами известняки характеризуются равномерным и небольшим расширением при нагревании до 800°С. Дальнейшее повышение температуры приводит к усадке известняков из-за их разложения и выделения углекислого газа по реакции CaCO₃ → CaO + CO_2. Образующаяся при этом окись кальция (воздушная известь) обладает незначительной прочностью и малой теплопроводностью.

Такая известь называется негашеной и состоит в основном из окиси кальция. При затворении негашеной извести водой происходит ее гашение (гидратация).

Известняк сопротивляется действию высоких температур лучше, чем гранит и многие другие горные породы, содержащие кварц. При температуре 130°С прочность повышается на 36% по сравнению с первоначальной и остается практически постоянной до 600°С, после чего происходит ее снижение. При 750°С прочность известняка снижается до начальной. При 900°С и выше следует ожидать почти полной потери прочности вследствие разложения известняка.

Как было сказано, известняк является материалом для получения воздушной извести. Известь применяется в основном для приготовления штукатурок и строительных растворов, т.е. в смеси с песком или др. заполнителями, так как чистое известковое тесто при высыхании и затвердевании растрескивается из-за большой усадки.

Гипс – по химическому составу представляет собой двуводный сернокислый кальций CaSO₄•2H₂O. Температурное воздействие до 200°С на природный двуводный гипс приводит к удалению части химически связанной воды и образованию полуводного гипса CaSO₄•0,5H₂O., применяемого в качестве вяжущего и известного под названием строительный гипс.

Строительный гипс, как и воздушная известь, является воздушным вяжущим веществом. Весьма чувствителен к нагреву, при температуре 100°С прочность его снижается вдвое.