13)Природные каменные материалы.

Природными каменными материалами называют материалы и изделия, получаемые механической обработкой (дроблением, раскалыванием, распиливанием и т. п.) горных пород.

Горной породой называют крупное скопление, сложенное из одного или нескольких минералов (т. е. моно- или полиминеральные породы) и характеризующееся достаточно постоянным составом, строением и свойствами.

Минерал (от лат. minera — руда) — природное тело, однородное по химическому составу, строению и свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов на поверхности и в глубинах земли.

Зависимость свойств породы от минералогического состава

Минеральный состав пород зависит от химического состава магмы. Отнимают магмы кислые (содержание Si02 > 65 %), средние (содержало Si02 = 50...65 %) и основные (содержание Si02 < 50 %).

Под действием минерализованных грунтовых вод и давления вышележащих горных пород рыхлые осадочные породы могут цементироваться, образуя так называемые сцементированные осадочные породы: песчаники, брекчии и конгломераты. Песчаники состоят из зерен кварцевого песка, сцементированного природным цементом, например карбонатом кальция, водным кремнеземом, гипсом и т. п. Цементация происходит путем постепенного осаждения на зернах песка цементирующего вещества из воды (как накипь в чайнике). В зависимости от цементирующего вещества песчаники называют известковыми, кремнистыми и т. д. Цвет их зависит от цвета цементирующего вещества.

Характеристика основных породообразующих минералов. Минералы группы кремнезема Si02 — ряд минералов, представляющих собой модификации диоксида кремния — кварц, опал и халцедон. Кварц — наиболее распространенная модификация кремнезема, являющаяся существенной составной частью многих горных пород (гранита, кварцита, песка и др.). Плотность кварца — 2650 кг/м3, твердость — 7, стойкость к выветриванию и химическая стойкость — очень высокая. Прочность при сжатии кристаллов кварца высокая — 1000...2000 МПа. Плавится кварц при 1710° С; при быстром охлаждении расплава образуется кварцевое стекло. При температуре 573° С кварц переходит из p-модификации в a-модификацию с увеличением в объме на 0,82 %. Это может вызвать растрескивание кварцесодержащих пород при нагреве их выше этой температуры. Обычно цвет кварца молочно-белый; крупные прозрачные кристаллы кварца называют (пряным хрусталем, окрашенные в лиловый цвет — аметистом.

Халцедон — скрытокристаллическая разновидность кварца, содержащая до 1,5 % воды и примеси оксидов железа и алюминия. Опал ~ гидрат оксида кремния Si02 • nН20 (содержание воды 2... 14 %); в опале могут быть примеси оксидов магния, алюминия, железа и др. Встречается в породах органогенного происхождения: диатомитах и др. Полевые штаты (от нем. Spalten— раскалываться) — группа алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов общей формулой Me • А1203 • nSi02 (где Me — калий, натрий или кальций). Полевые шпаты — самые распространенные минералы, составляющие более % от массы изверженных пород (гранитов, сиенитов, габбро и др.).

Важнейшими разновидностями полевых шпатов являются: ортоклаз(прямораскалывающийся) К20 • А1203 • 6Si02; плагиоклазы (косораскалывающиеся) непрерывного изоморфного вида от альбита Na20 • А1203 • 6Si02 до анортита СаО • А1203 • 2Si02. Полевые шпаты — довольно твердые минералы: твердость — 6...6,5. Спайность у них проявляется в двух плоскостях.. Плотность в зависимости от состава — 2500...2800 кг/м3. Температура плавления —1500° С. Прочность и стойкость несколько ниже, чем у кварца Rсж до 200 МПа).

Цвет полевых шпатов зависит от примесей и чаще всего бывает от белого до темно-серого и от светло-розового до темно-красного. Особым декоративным эффектом отличается относящийся к группе полевых шпатов лабрадор, обладающий свойством ирризации (от греч. wi.s — радужный). Он образует яркие радужные сине-зеленые отсветы |а глубины кристаллов. . При выветривании полевых шпатов образуются глинистые мине алы (каолинит, монтмориллонит и др.) и соли натрия, калия и кальция, обогащающие воду морей ионами Na+, К+, Са+2. Железистомагнезиальные силикаты — темноокрашенные минералы, входящие в состав основных и ультраосновных изверженных пород (габбро, базальты, диабазы и др.). Наиболее распространенные минералы этой группы — пироксены, амфиболы, роговая обманка и оливин. Средняя плотность у этих минералов больше, чем у кварца и полевых шпатов, за счет присутствия железа — 3200...3800 кг/м3; твердость — 5,5...6,5. Отличительная черта железистомагнезиальных силикатов — высокая ударная вязкость, благодаря чему породы, в которых присутствуют эти минералы, имеют меньшую хрупкость и повышенную износостойкость. Цвет минералов этой группы — от темно-зеленого до черного; он зависит от содержания железа в их состав.

Слюды — группа минералов, представляющих собой водные алюмосиликаты слоистой структуры и обладающих весьма совершенной спайностью в одной плоскости, т. е. легко расщепляющиеся на тон чайшие пластинки. Твердость слюд не высока — 2,5...3. Слюда — широко распространенный минерал изверженных и осадочных пород. Общее количество слюды составляет несколько процентов от массы всей земной коры, но промышленные месторождения слюды с крупными кристаллами (10 см2 и более) встречаются редко. Среди слюд наибольшее распространение имеют мусковит и биотит. Мусковит— прозрачная калиевая слюда плотностью 2750...3000 кг/м3. Вплоть до XVIII в., т. е. до начала промышленного выпуска стекла, мусковит применяли для устройства окон, и в Европе его называли «vitrum Moscovitum» — стекло из Московии. В настоящее время муско вит применяют в качестве электроизоляционного высокотемпературного материала, защитной (бронирующей) посыпки для рубероида, а также добавляют в составы огнеупорных красок и декоративных растворов. Биотит — темная железистомагнезиальная слюда; плотность —.3300 кг/м3. Для строителей представляет интерес ее разновидность — вермикулит с молекулярной межслоевой водой. Благодаря этому вермикулит при нагревании до 900... 1000° С вспучивается, как гармошка, увеличиваясь в объеме в 15. ..20 раз. Вспученный вермикулит применяют для изготовления тепло- и звукоизоляционных материалов.

Асбест — группа минералов, водных силикатов магния и железа, кристаллы которых представляют собой тончайшие волокна, легко поддающиеся распушке (отсюда народное название асбеста — «горный лен»). В России находятся крупнейшие в мире месторождения наиболее ценного вида асбеста — хризотил-асбеста 3MgO • 2Si02 • 2Н20, используемого при производстве асбестоцементных изделий.

Глинистые минералы — группа водных силикатов алюминия. Эти  минералы составляют основную массу глин. Образуются глинистые минералы в результате выветривания полевых шпатов в виде очень мелких частиц размером не более 0,01 мм, которые, в свою очередь, составляют агрегаты мельчайших кристаллов. Глинистые минералы гидрофильные и при увлажнении образуют пластичное .Среди глинистых минералов чаще всего встречаются каолин и монтмориллонит.

Каолинит А1203 • 2Si02 • 2Н20 — очень мягкий (твердость 1) минерал белого цвета. Используется при производстве тонкой керамики, им получения бумаги и в качестве наполнителя в полимерных материалах. Монтмориллонит — водный алюмосиликат переменного состава. Размер его чешуйчатых кристаллов еще меньше, чем у каолинита, благодаря чему он обладает высокой адсорбционной способностью и очень пластичен в увлажненном состоянии. Карбонаты — группа минералов, представляющих собой соли рольной кислоты. Встречаются в основном в осадочных породах. Стойкость минералов невысокая. Основные представители минералов группы карбонатов — кальцит, магнезит и доломит.

Кальцит СаС03 — один из наиболее распространенных минералов поверхностного слоя земной коры. Кальцит хрупок, обладает совершенной спайностью по трем плоскостям; при раскалывании всегда образует кристаллы в виде косых параллелепипедов. Кальцит без примесей — прозрачный. Его плотность составляет 2700...2750 кг/м3, твердость — 3. Он легко разлагается кислотами, с бурным выделением углекислого газа, растворяется в воде насыщенной С02. При нагревании выше 850° С кальцит разлагается на СаО и С02. Породы, сложенные из кальцита (мел, известняк, мрамор), характеризуются низкой химической и атмосферостойкостью. Магнезит MgC03 по свойствам близок к кальциту, но встречается значительно реже. Плотность — около 3000 кг/м3, твердость — 3,5...4,5. В отличие от кальцита растворяется в разбавленных кислотах лишь при Нагревании. Образует породу того же названия.

Доломит СаС03 • MgC03 — довольно распространенный минерал, со свойствам занимающие промежуточное положение между кальцитом и магнезитом. Плотность — 2800...2900 кг/м3, твердость — 3,5...4. В кислотах растворяется без «вскипания». Образует породу того же названия. Сульфаты — группа минералов, представляющих собой соли сер ной кислоты. В строительстве находят применение гипс, ангидрит и в Меньшей степени барит. . Гипс CaS04 • 2Н20 — очень мягкий минерал. В чистом виде про зрачный, но обычно окрашен примесями в светло-серый, желтоватый или розоватый цвет, а его плотность — 2320 кг/м3, твердость — 2. Гипс заметно растворим в воде (2,4 г/л при 20° С). В природе встречается как самостоятельная порода и как цементирующее вещество в природных конгломератах. Ангидрит CaS04 — безводная разновидность гипса — существует в нескольких кристаллических формах. Природная форма — j3-CaS04 — нерастворимый ангидрит. Плотность — 2980 кг/м3, твердость — 3...3,5. Цвет светло-серый, серо-голубой; за счет полупрозрачности, дает эффект свечения изнутри. Барит BaS04 — бесцветные или белые кристаллы; твердость —.3,5; плотность — 4300...4700 кг/м3. Его применяют в бетонах и растворах для защиты от ионизирующего излучения.