2. Природные каменные материалы и технология их получения

2.1. Понятие о минералах и горных породах

Горной породой называют минеральную массу, состоящую из одного минерала (мономинеральная порода) или нескольких минералов (полиминеральная порода).

Минералом называют природное химически и структурно индивидуализированное тело, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, продукт физико-химических процессов, совершающихся в земной коре или в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Минералы являются составными частями горных пород, образующих земную кору.

Из всего многообразия (свыше 2 тыс.) природных минералов только небольшая часть участвует в образовании горных пород. К таким минералам, называемым породообразующими, относят кварц, полевые шпаты, слюды, карбонаты, сульфаты, железисто-магнезиальные минералы.

От минералогического состава горных пород в значительной степени зависят их строительные свойства. Одни минералы характеризуются высокой прочностью, твердостью и химической стойкостью (кварц), другие имеют незначительную прочность, недостаточную химическую стойкость, способны значительно поглощать воду (гипс); третьи способны легко расщепляться по плоскости (слюда), понижая этим прочность породы, в состав которой они входят.

Рассмотрим основные породообразующие минералы.

Группа кварца. В наибольшем количестве в земной коре содержится свободный кремнезем SiO₂. В состав большинства минералов он входит в виде силикатов – химических соединений с основными окислами. Кварц обычно непрозрачен, белого или молочного цвета, с щелочами при обычной температуре не взаимодействует и под действием кислот не разрушается. Плотность кварца - 2,65 г/см³, твердость - 7 по шкале твердости, предел прочности при сжатии - около 200 МПа.

Кроме кремнезема в природе встречается минерал опал аморфной структуры, представляющий собой гидрат кремнезема Аморфный кремнезем активен. Он может вступать в химическую реакцию с известью при обычной температуре, в то время как кварц приобретает эту способность только под действием пара, большого давления или при сплавлении.

Группа алюмосиликатов. Второе место после кремнезема в земной коре занимает глинозем Al₂O₃. Свободный глинозем в природе встречается в виде минералов: корунда и диаспора.

Корунд – один из наиболее прочных и твердых минералов. Диаспор представляет собой моногидрат глинозема . Он входит в состав бокситов, используемых в качестве сырья для производства глиноземистого цемента.

Глинозем обычно находится в виде химических соединений с кремнеземом и другими окислами, называемыми алюмосиликатами. Наиболее распространен полевой шпат. Различают ортоклаз (калиевый полевой шпат) альбит (натриевый полевой шпат) анортит (кальциевый полевой шпат) Полевые шпаты имеют плотность 2,55 – 2,76 г/см³, твердость - 6 по шкале твердости, прочность при сжатии – 120 – 170 МПа. Стойкость против механического выветривания незначительна.

Слюды представляют собой водные алюмосиликаты сложного и разнообразного состава. Характерная их способность – легкая расщепляемость на тонкие, гибкие и упругие пластинки (мусковит, биотит, вермикулит).

Каолинит представляет собой продукт выветривания изверженных и метаморфических полеватошпатовых горных пород. Входит в основном в состав глин.

Группа железисто-магнезиальных силикатов: минералы, входящие в эту группу, имеют темную окраску, твердость - 5,5 – 7,5 по шкале твердости, они обладают повышенной сопротивляемостью удару. Наиболее распространены пироксены, амфиболы и оливин.

Группа карбонатов. В осадочных горных породах наиболее часто встречаются породообразующие карбонатные минералы – кальцит, магнезит, доломит.

Кальцит СаСО₃ – один из самых распространенных минералов земной коры, имеет плотность 2,7 г/см³, твердость - 3.

Магнезит МgCO₃ встречается в виде землистых агрегатов, он тяжелее и тверже кальцита.

Доломит СаСО₃ ·MgCO₃ по физическим свойствам близок к кальциту, но более тверд и прочен, мало растворим в воде.

Эти группы минералов широко используются для изготовления минеральных вяжущих.

Группа сульфатов. Наиболее распространены гипс и ангидрит. Гипс - минерал осадочных горных, строение его мелкокристаллическое. Плотность - 2,3 г/см³, твердость - 2 по шкале твердости.

Ангидрит СаSO₄ имеет плотность 2,8 г/см³, твердость - 3 – 3,5. По внешнему виду похож на гипс, также залегает пластами.