Обзорная классификация горных пород, применяемых в строительстве по условиям их образования.

Магматические (первичные, изверженные) горные породы	Осадочные (вторичные) горные породы	Метаморфические (изменённые) горные породы
А. Массивные 1. Глубинные: гранит сиенит диорит габбро 2. Излившиеся: порфир кварцевый трахит андезит базальт диабаз Б. Обломочные 1. Рыхлые: вулканический пепел пемза 2. Цементированные вулканические туфы	А. Химические осадки: гипс ангидрит оолитовые известняки магнезиты доломиты известняковые туфы Б. Механические отложения (обломочные породы) Рыхлые: песок гравий глина Цементированные: песчаник конгломерат брекчия В. Органогенные образования 1. Зоогенные: мел ракушечники некоторые известняки Фитогенные: диатомиты трепелы Г. Остаточные образования: глины: каолины первичные	А. Видоизменённые изверженные горные породы: гнейс Б. Видоизменённые осадочные горные породы: кварциты мраморы сланцы

ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ

В природе насчитывается около 2500 раз­личных видов минералов. Большинство из них минералы редкие, малораспространенные. В об­разовании горных пород принимают участие всего около 50 минералов, которые принято на­зывать породообразующими.

Они делятся на главные, определяющие породу, и второстепенные, присутствие кото­рых характеризует лишь разновидность по­роды.

Мы рассмотрим не только главные породо­образующие минералы, но и те из второсте­пенных, присутствие которых в породах при­дает им какие-либо специфические особенно­сти или отрицательно сказывается на техни­ческих свойствах пород.

Минералы, как и вся окружающая нас при­рода, состоят из химических элементов, входя­щих в периодическую систему Д. И. Менделе­ева. Поэтому основная характеристика минералов складывается из установления их химического состава.

Главнейшими породообразующими минералами изверженных горных пород являются

• кварц,

• полевые шпаты,

• слюды и

• темноокрашенные минералы.

Кварц — кристаллический кремнезем (SiО₂) — один из наиболее широко распро­страненных в земной коре минералов. Он встре­чается в виде самостоятельной породы, а так­же входит в состав многих горных пород, на­пример, гранитов, гнейсов, кварцитов. Это плот­ный, прочный и стойкий минерал. Его удельный вес 2,65 г/см³, твердость 7, предел прочности при сжатии доходит до 10000 кг/см² и выше. При обычной температуре с кислотами кварц не ре­агирует, за исключением плавиковой кислоты, которая его разрушает.

При нагревании кварц претерпевает следующие превращения:

α - кварц 573° β - кварц 870° тридимит 1470° кристаболит 1713° расплав.

─ → ─ → ─ → ─ →

← ─ ← ─ ← ─ ← ─

При переходе кварца из одной модификации в другую наблюдается увеличение в объеме, что может вызвать растрескивание обжигаемых изделий. Это следует учитывать при производ­стве изделий из сырья с высоким содержа­нием кварца.

Кварц легко распознается по виду кристал­лов, отсутствию спайности, раковистому изло­му различной формы и стеклянному блеску.

По цветовым оттенкам различают:

• молочно-белый кварц,

• бесцветный,

• розовый,

• сапфировый (синего цвета),

• зеленого цвета, а также

• кварц, проросший волокнами асбеста, придающими ему шелковистый блеск (серпентинит).

При выветривании изверженных горных по­род стойкие кварцевые зерна не разрушаются и образуют кварцевый песок, широко приме­няющийся в строительстве, а также являю­щийся хорошим абразивным материалом.

Известны очень красивые разновидности кварца, например:

• горный хрусталь и другие цветные камни:

• лилового цвета — аметист,

• лимонно-желтого — цитрин,

• буроватого — дымча­тый топаз.

Кварц широко применяется в стеклоделии, в технологии керамики, для получения кисло­тостойких материалов и огнеупоров, в оптике, в механике.

Полевые шпаты — это ряд кристалли­ческих минералов, родственных по химическому составу и близких по физическим свойствам; они составляют около 60% (объема) извержен­ных пород.

Слово «шпат» произошло от немецкого гла­гола «шпальтен» раскалывать. Этим названием отмечается характерная особенность полевых шпатов раскалываться при ударе на отдельные куски по плоскостям спайности, которые всегда точно сходятся под определенным углом.

В состав полевых шпатов входят окислы кремния и алюминия, а также, в зависимости от вида полевых шпатов — калий, натрий или кальций. Поскольку в состав полевых шпатов входит наряду с кремнием также алюминий, то они относятся к группе минералов-алюмоси­ликатов.

Из алюмосиликатов наиболее распростра­ненными являются плагиоклазы («косораскалывающиеся»), которые раскалываются по пло­скостям, образующим угол меньше 90°.

(СаО • Аl₂0₃ • 2SiО₂ — анортит),

(Na₂О • А1₂О₃ • 6SiО₂ — альбит).

Плагиоклазы не дают отдельных хорошо образованных кристаллов и встречаются в при­роде в виде сплошных масс и зерен. Сплошные скопления плагиоклазов, вследствие понижен­ного содержания в них щелочей, редко могут представлять промышленный интерес. Темная разновидность плагиоклазов, на плоскостях ко­торой обнаруживаются спайности, в особенно­сти на полированной поверхности, имеет кра­сивый переливчатый отсвет (ирризацию) в си­них и зеленых тонах и называется лабрадором. Это явление объясняется интерференцией све­та, обусловленной закономерно расположенны­ми включениями тончайших пластинок мине­рала ильменита. Строение плагиоклазов — пластинчатое, в виде параллельной штриховатости, хорошо видимой под микроскопом и ча­сто обнаруживаемой простым глазом.

Ортоклазы («прямораскалывающиеся») К₂О • AI₂О₃• 6SiО₂ раскалываются по плоско­стям, образующим прямой угол. Прозрачные бесцветные разновидности ортоклаза называ­ются ледяным шпатом (адуляром), полупроз­рачные — санидином, обладающие своеобраз­ным нежно-голубоватым серебристым оттен­ком — лунным камнем и красивым искристо-золотистым отливом, обусловленным включени­ями тончайших чешуек железного блеска — солнечным камнем. Лунный и солнечный кам­ни применяются для различных украшений и дешевых поделок.

Разновидностью ортоклаза является мине­рал микроклин («незначительно наклонный»). Микроклин, окрашенный в нежный зеленовато-голубой цвет, называемый амазонитом, исполь­зуется в качестве поделочного материала. Встречаются также чрезвычайно оригинальные срастания микроклина с кварцем, носящие на­звание «письменный гранит» (пегматит).

Полевые шпаты плавятся при температуре от 1100° (альбит) до 1500° (анортит). С добав­ками каолина и кварца они образуют фарфоры; применяют полевые шпаты также для при­готовления глазурей и эмалей.

Удельный вес полевых шпатов 2,55 (ортоклаз) — 2,76 г/см³ (анортит), твердость 6.

Они обладают совершенной спайностью. Проч­ность при сжатии 1200 — 1700 кг/см².

По цвету полевые шпаты бывают: ортокла­зы — светло-розовые, буровато-желтые и крас­новато-белые, а плагиоклазы — белые и серо­вато-белые с зеленоватым, синеватым или крас­новатым оттенками. Блеск полевых шпатов сте­клянный, а на плоскостях спайности, наблю­дается слабый перламутровый отлив.

Полевые шпаты разрушаются под влиянием смен температуры, а затем в результате дейст­вия воды, содержащей углекислоту.

Основным продуктом разрушения полевых шпатов являются алюмосиликаты и, в частно­сти, минерал каолинит, входящий в состав глин.

Слюды — весьма распространенные поро­дообразующие минералы, входящие в состав изверженных пород. Особенность слюд заклю­чается в их способности расщепляться вдоль слоев на тончайшие упругие листочки, т. е. весь­ма совершенная спайность. Они обладают сложным химическим составом и в основном являются водными алюмосиликатами.

Наиболее распространенные виды слюды: мусковит и биотит.

Мусковит – калиевая слюда. Название ее происходит от старинного итальянского назва­ния Москвы — Муска, так как большие листы мусковита вывозились в свое время на запад через Москву под названием «московское сте­кло».

Мусковит — прозрачная слюда; в тонких листах бесцветен, но довольно часто имеет жел­товатый, сероватый и зеленоватый оттенок. Блеск его стеклянный, твердость 2—3, удель­ный вес 2,76 — 3,1 г/см³. Мусковит хорошо противо­стоит выветриванию, кислотами не разлагает­ся, прекрасный электроизоляционный матери­ал, а также употребляется вместо стекла в глаз­ках плавильных печей, так как выдерживает температуру до 1260°.

Биотит — магнезиально-железистая слюда сложного химического состава, черного или бу­рого цвета с оранжевым, красноватым, зелено­ватым и другими оттенками (назван по имени французского физика Биота). Удельный вес 3,0 — 3,12 г/см³. Соляная кислота на биотит действу­ет слабо, но в концентрированной серной кис­лоте он полностью разлагается с выделением белого скелета кремнезема. По выветриваемости биотит значительно уступает мусковиту.

Большое содержание слюд в горной породе, в особенности в виде пластинок, вытянутых по определенным направлениям, придает ей слои­стость, понижает ее прочность и стойкость и затрудняет полировку. Грубооколотым поверхностям камня слюда придает искрящийся блеск. Слюды применяются при изготовлении огне­стойких строительных материалов, огнеупор­ных красок, керамических и других материа­лов.

Тёмноокрашенные минералы представляют изоморфные смеси силикатов кальция, магния и железа, иногда содержащие глинозем. По химическому составу их назы­вают железисто-магнезиальными минералами. К темноокрашенным минералам относятся три группы:

• амфиболы,

• пироксены и

• оливин.

Из группы амфиболов значительное рас­пространение среди изверженных пород полу­чает роговая обманка (в гранитах, сиенитах, диоритах).

Встречается роговая обманка в виде столб­чатых кристаллов темных цветов. Цвет роговой обманки — черный с зеленоватым или корич­невым оттенком; характеризуется ясно выра­женной спайностью по призме и твердостью 5 — 6; удельный вес высокий — 3,0 — 3,6 г/см³.

Весьма близки в химическом отношении к амфиболам минералы группы пироксенов, например, авгит, который отличается от рого­вой обманки углом плоскости спайности и формой кристаллов. Так же как и роговая об­манка, авгит весьма часто входит в состав из­верженных пород, преимущественно темных: габбро, диабазов, базальтов.

Амфиболы и пироксены характеризуются значительной вязкостью и сравнительно высо­кой стойкостью в отношении выветривания, а поэтому повышенное их содержание улучшает строительные качества камней — прочность, атмосферостойкость.

Оливин получил свое название по оливково-зеленому цвету и представляет силикат железа и магния без глинозема; он отличается от ро­говой обманки отсутствием спайности и рако­вистым изломом. Удельный вес его 3,2 — 3,5 г/см³, твердость 7. Оливин в качестве существенной составной части входит во многие изверженные породы или образует массивы, почти целиком состоящие из оливина, например, оливиновые габбро. Оливин является нестойким минера­лом и легко выветривается, постепенно переходя, с увеличением объема, в минерал серпентин (змеевик), красиво окрашенные разности ко­торого употребляются в качестве поделочного материала.

Минералы, входящие в состав осадочных горных пород, характеризуются следующими важнейшими химическими соединениями: кремнеземом, алюмосиликатами, углекислыми и сернокислыми солями.

Кремнезем (SiО₂) в осадочных породах встречается в кристаллическом и аморфном виде. Гидраты окиси кремния, в процессе гид­ролиза силикатов при их выветривании, обра­зуют коллоидные растворы, из которых с те­чением времени и при соответствующих усло­виях выпадают в виде гидрогелей. Эти гидро­гели, содержащие непостоянное, но обычно небольшое количество воды, называются опа­лами (SiО₂ n H₂О). Опал — один из распро­страненных аморфных видов кремнезема. Из опала построены панцири диатомей и скелеты радиолярий.

Алюмосиликаты в результате химического выветривания полевошпатовых горных пород под влиянием воды, кислорода и углекислого газа воздуха образуется водный алюмосиликат, минерал каолинит — Аl₂О₃ • 2SiО₂ • 2Н2О — со­ставная часть большинства глин. Глина, состо­ящая почти целиком из каолинита, называется каолином. Глины, содержащие 12—25% каоли­нита, называются каолинитовыми.

Сплошные массы каолина — обычно бело­го цвета с различными оттенками: буроватым, желтоватым, голубоватым, зеленоватым; в за­висимости от примесей каолины рассыпчаты, жирны на ощупь, мало пластичны и огнеупор­ны; их твердость 1, удельный вес 2,4 — 2,6 г/см³.

Различают два типа месторождений каоли­на: первичные, залегающие на месте своего образования, и вторичные, перенесенные с ме­ста образования проточными водами и отло­женные в другом месте. Вторичные месторож­дения каолина обычно бывают более мощными и более высокого качества, так как при пере­носе водой каолины промываются и освобож­даются от посторонних примесей.

Каолин — основное сырье для производства фарфоровых и фаянсовых изделий, он также ис­пользуется для производства огнеупорных материалов.

Из числа минералов, представляющих угле­кислые соли, главнейшими являются кальцит, магнезит и доломит.

Кальцит, иначе известковый шпат, СаСО₃,— весьма распространенный минерал в осадочных горных породах. Он встречается в виде кристал­лов или в виде оплошной массы разнообразного сложения, зернистой или плотной. Кристаллы кальцита обладают совершенной спайностью и раскалываются при ударе на ромбоэдры, вытя­нутые по диагонали кубы. По красоте и раз­нообразию кристаллов кальцит занимает пер­вое место среди других минералов. Он прозра­чен и бесцветен, но часто окрашен примесями в темно-серый, желтый, розовый, черный цве­та. Блеск у кальцита стеклянный, удельный вес его 2,6—2,8 г/см³, твердость 3.

Кальцит легко распознается по вскипанию при действии на него разбавленной соляной кислотой в результате выделения углекислого газа по реакции:

СаСО₃+2НСl = СаСl₂ + Н₂О + СО₂.

Растворимость кальцита в воде при обычных температурах и давлениях низкая. Однако СаСОз легко растворяется в воде, содержащей СО₂, так как происходит химическая реакция с образованием бикарбоната кальция:

СаСОз + СО₂ + Н₂О = Са (НСО₃) ₂, растворимость которого почти в сто раз больше растворимости кальцита. Поэтому бикарбонат кальция легко вымывается водой, и порода разрушается.

Нестойкость природных камней, богатых СаСОз, в агрессивных водах необходимо учи­тывать при их применении.

Кальцит является хорошим природным цементом. Например, известковые песчаники состоят из песка, сцементированного каль­цитом.

Магнезит пo химическому составу пред­ставляет карбонат магния MgCО₃; в природе он менее распространен, чем кальцит. Цвет магнезита белый с желтоватым или сероватым оттенком, иногда снежно-белый; спайность магнезита совершенная, удельный вес 2,9—3,1 г/см³, твердость 3,5 — 4,5. В кислотах растворяется лишь при нагревании. От действия соляной кис­лоты на холоде не «вскипает». Магнезит слу­жит сырьем для производства магнезиальных вяжущих и магнезиальных огнеупорных изде­лий.

Доломит по химическому составу представ­ляет двойную углекислую соль кальция и маг­ния, СаСОз • MgCО₃; наряду с кальцитом яв­ляется широко распространенным породообра­зующим минералом. Цвет доломита серовато-белый, иногда с желтоватым, буроватым, зеле­новатым и красноватым оттенками. Блеск сте­клянный, спайность совершенная, хрупок, удельный вес 2,8—2,9 г/см³, твердость 3,5—4,0. Доло­мит используется в строительстве в качестве строительных камней, щебня для бетона, сырья для изготовления вяжущих веществ, а также в качестве огнеупорного материала и флюса в металлургии, в химической и других отраслях промышленности.

Из важнейших минералов, которые характе­ризуются сернокислыми химическими соедине­ниями, в состав осадочных пород входят гипс и ангидрит.

Гипс — CaSО₄ • 2Н₂О — относится к водным сернокислым соединениям (сульфатам), содер­жащим в своем составе кристаллизационную воду, выделяющуюся при нагревании. Гипс часто встречается в кристаллах значительных размеров, которые способны раскалываться по плоскостям спайности на тонкие пла­стинки, применявшиеся ранее для окон как слюда.

Цвет гипса белый. В зависимости от при­месей он бывает окрашен в серый, красный; медово-желтый и черный цвета. Блеск гипса сте­клянный с перламутровым отливом. Твердость 1,5 — 2,0, весьма хрупок, удельный вес 2,3 г/см³, об­ладает заметной растворимостью в воде, дости­гающей наибольшей величины при температу­ре 37—38°, после чего растворимость умень­шается. Весьма красивые волокнистые разно­видности полупрозрачного гипса, идущие на по­делки; называются селенитом (лунный камень). Гипс иногда является цементирующим вещест­вом в песчаниках, однако такие песчаники, ввиду растворимости гипса, обладают невысо­кой водостойкостью.

Гипсовый камень широко применяется в строительстве и служит ценным сырьем при производстве гипсовых вяжущих веществ.

Ангидрит (CaSО₄) и гипс по своим свойст­вам, а также по условиям нахождения и обра­зования, тесно связаны друг с другом. Ангид­рит отличается от гипса отсутствием в нем хи­мически связанной воды. Он обладает спайно­стью по трем плоскостям и поэтому при ударах распадается на кубические куски. Цвет ангид­рита белый, часто с голубым, сероватым, иногда с красноватым оттенками. Блеск стеклянный, удельный вес 2,9—3,0 г/см³. В присутствии воды при атмосферном давлении постепенно переходит в гипс с увеличением в объеме до 60%; это свой­ство ангидрита сильно ограничивает примене­ние его в технике. В воде растворяется слабо. Ангидрит применяется, так же как и гипс, для производства вяжущих материалов. Он упот­ребляется и как поделочный камень и для об­лицовки. Тонкозернистый ангидрит приятного голубого цвета известен под названием бергамского мрамора.

Из числа второстепенных в составе горных пород минералов наиболее распространены

• пирит,

• апатит и

• хлорит.

Пирит, или серный колчедан FeS₂ (пирит по-гречески огонь) — минерал золотисто-жел­того цвета. Твердость пирита 6—6,5, удельный вес 4,9—5,2 г/см³. Встречается в гранитах, сиенитах, диоритах, сланцах, мраморах и известняках.

Пирит при действии на него кислорода и воды разрушается с образованием серной кис­лоты, которая, в свою очередь, разрушает гор­ную породу. Поэтому применение горных пород, содержащих пирит, в качестве материала для возведения конструкций нежелательно, так как разложение пирита сокращает срок их службы.

Апатит весьма распространен в природе и в виде мелких кристаллов входит в состав мно­гих изверженных горных пород. Он представ­ляет собой кальциевую соль фосфорной кисло­ты, содержащую фтор и хлор. Цвет апатита обычно зеленый, но апатиты Кольского полу­острова имеют беловато-серый цвет, твердость 5; удельный вес 3,20 г/см³; минерал хрупкий.

Хлорит по химическому составу близок к слюдам. Для хлорита характерна зеленая ок­раска; твердость 2,0—3,0, удельный вес 2,6— 2,9 г/см³. Хлориты встречаются в изверженных по­родах в форме мелких табличек зеленого цвета.