2.3.3 Клас карбонатів

До класу карбонатів надходять, головним чином, карбонати кальцію і магнію, які є породоутворюючими мінералами осадових і метаморфічних гірських порід.

Кальцит (вапняковий шпат) CaCO₃ – дуже розповсюджений мінерал; зустрічається у вигляді кристалів різноманітної форми. Входить до складу осадових порід (крейди, вапна, вапнякового туфу, мармуру). Крихкий, оскільки має досконалу спайність по 3 площинам. Його густина 2700-2800 кг/м³, твердість 3. Кальцит погано розчиняється у воді, але легко – у кислотах з виділенням CO₂. Наприклад, у 10 % соляній кислоті він розчиняється з бурхливим кипінням.

В діапазоні температур до 800 ^оС кальцит характеризується рівномірним і незначним температурним розширенням та зберігає міцність. При подальшому підвищенні температури виникає термічний розклад мінералу за реакцією:

СаСО₃  CaO + CO₂ .

Магнезит (MgCO₃) утворює гірську породу з тією ж назвою. Мінерал зустрічається у природі значно менше, ніж кальцит. Істинна густина магнезиту 3000 кг/м³, твердість до 4…4,5.

При 750-850 ⁰С магнезит розкладається з утворенням каустичного магнезиту, який має в’яжучі властивості, і вуглекислого газу:

MgCO₃  MgO + CO₂.

При 1500-1600 ⁰С магнезит спікається в матеріал з вогнетривкістю до 2000 ^оС.

Доломіт (CaCO₃MgCO₃). Розповсюджений мінерал, що за властивостями займає місце між кальцитом і магнезитом та утворює породу з назвою "доломіт", яка входить до складу інших осадових порід: мармуру, вапняків...

При 650-800 ^оС розкладається з утворенням каустичного доломіту (який має в'яжучі властивості) і вуглекислого газу .

CaCO₃ MgCO₃  CaCO₃ + MgO + CO₂.

При 1600 ^оС відбувається спікання доломіту.

2.3.4 Клас сульфатів

Гіпс (CaSO₄ H₂O). М'який мінерал (твердість 2), що утворює випадну гірську породу тієї ж назви. Кристалізується у вигляді зернистих (алебастр) або волокнуватих (селеніт) мас. Частково розчиняється у воді. Густина 2300 кг/м³.

При 200 ^оС виводиться частина зв'язаної води і утворюється будівельний гіпс CaSO₄ 0.5H₂O, який має в'яжучі властивості.

Понад 400 ^оС: зв'язана вода виводиться повністю і утворюється ангідрит (CaSO₄) - безводний гіпс густиною 2800-3000 кг/м³, твердістю 3 - 3.5.

Гіпс широко використовується як сировина для в`яжучих (будівельний гіпс і інш.), як додаток при помелі цементного клінкеру, для регулювання термінів схоплювання цементу, а також в паперовій, хімічній промисловості, для виготовлення фарб, емалей, глазурі і інш.

2.4 Особливості поведінки природних кам'яних матеріалів при нагріванні

Всі природні кам‘яні матеріали, що застосовуються в будівництві, негорючі, однак під дією високих температур зниження їх міцності і руйнування відбувається по-різному.

2.4.1 Вивержені породи

Властивості вивержених порід в основному обумовлюються їх хімічним складом. Залежно від вмісту кремнезему їх поділяють на кислі, середні і основні. Причому, оскільки магма з однаковим хімічним складом могла твердіти як на глибині, так і на поверхні, то кожній глибинній породі відповідає свій тип породи, що вилилась.

Кислі породи містять SiO₂ > 65% і складаються з кварцу, польового шпату і слюди. До них відносяться граніти, кварцові порфіри.

Граніти - породи зернисто-кристалічної будови. Вони складаються з кварцу (20...40 %), польових шпатів (40...70 %) і слюди (5...15 %). Колір їх змінюється від сірого до темно-червоного і залежить від кольору польового шпату.

Завдяки високій міцності, малій пористості і високій морозостійкості, граніти застосовуються для виготовлення східців, лицювальних плит, бортових каменів, щебеню тощо.

Міцність граніту в нормальних умовах визначають польові шпати і слюда, але при значному нагріванні вона залежить від структурних перетворень у кварці. При нагріванні до 300 ^ОС спостерігається зростання міцності до 1.6 разів, завдяки зняттю внутрішніх напружень (див. рис.2.2). Надалі міцність неухильно падає. При 600 ^ОС з'являються тріщини, зумовлені фазовим переходом кварцу від - до -модифікації. При 800 ^ОС граніт руйнується.

Кварцові порфіри - породи, що вилилися, скритнокристалічної або скловатої будови, близькі за складом та властивостями до гранітів. Тому їх поведінка при дії високих температур аналогічна поведінці гранітів. Застосовуються кварцові порфіри в міському і дорожньому будівництві у вигляді щебеню і декоративних плит.

Середні породи містять SiO₂ = 50...65 % і складаються з польового шпату, слюди, темнофарбованих мінералів. До них відносяться сієніти, діорити, трахіти, андезити.

Сієніти - глибинні породи, які складаються з польового шпату, слюди і темнофарбованих мінералів. За структурою, властивостями і областями застосування вони близькі до гранітів, але менш стійкі проти вивітрювання.

Діорити - глибинні породи, які складаються з польового шпату, і темнофарбованих мінералів. За структурою дрібно- і середньозернисті, від сірого до темно-зеленого кольору. За міцністю і ударною в`язкістю вони переважають граніти. Застосовуються в дорожньому будівництві.

Трахіти - породи, що вилилися, подібні за складом до сієнітів, але менш тривкі. Застосовуються як стіновий матеріал або заповнювач для бетону.

Андезити - породи, що вилилися, жовто-сірого кольору, за складом і властивостями схожі на діорити. Застосовуються як кислотостійкий матеріал (плити, щебінь).

Основні породи містять SiO₂ < 50% і складаються з темнофарбованих мінералів та польового шпату. До них відносяться габро, діабази, базальти, перліт.

Габро - глибинна порода, кристалічна, крупнозерниста, кольори від сіро-зеленого до чорного; стійка проти вивітрювання, добре полірується, використовується для лицювання будинків і покриття доріг.

Діабази - породи, що вилилися, аналоги габро, мають велику ударну в`язкість і малу здатність до стертя. Застосовуються у шляховому будівництві.

Базальти - породи, що вилилися, аналоги габро, скритокристалічної або аморфної будови. При температурі понад 900 ^оС сильно збільшуються в об`ємі. Застосовуються в дорожньому будівництві і для лицювальних робіт.

Перліт - складається в основному з вулканічного скла. При високих температурах спучується завдяки вивільненню хімічно зв'язаної води. Коефіцієнт спучування:

_пер

K_всп =  ,

_всп

де _пер – середня густина перліту при нормальній температурі;

_всп – середня густина перліту при нагріванні.

Для перліту при 1000...1200 ^оС K_всп = 5...20.