Породообразующие минералы

Природные каменные материалы

 

Общие сведения

Природный камень служил основным строительным материалом еще первобытному человеку.

Все древние постройки: храмы, дворцы, крепости, мосты, акведуки, ритуальные сооружения возводились из природного камня и поражают современного человека, как удивительные "Чудеса Света".

Во многих странах: Египте, Мексике, Греции, Италии, Китае, Камбодже, Индии сохранилось большое количество выдающихся памятников каменного зодчества, являющихся архитектурно-строительной составляющей древнейших цивилизаций, существовавших на Земле.

Каменные природные материалы очень прочны, долговечны, огнестойки, изготовлены из местного сырья.

В наше время природные плотные каменные материалы уже не используются для возведения стен, арок, куполов, колонн и других несущих конструкций, т.к. они трудоемки, обладают большой массой и высокой теплопроводностью.

Но из-за положительных эксплуатационных и эстетических качеств продолжают широко применяться для облицовочных работ, устройства полов, дорожных покрытий и пр.

Пористые природные материалы применяются в конструкциях стен жилых и общественных зданий в виде стеновых камней и блоков.

Отходы горнодобывающей и камнеобрабатывающей промышленности используются в качестве заполнителя для бетонов, изготовления других искусственных каменных изделий на минеральном и органическом вяжущем.

Сырьевой базой для промышленности строительных материалов являются горные породы. Их применяют для изготовления неорганических вяжущих веществ, керамических материалов, строительного стекла, щебня, гравия, песка в дорожном строительстве и для приготовления бетонов и растворов, облицовки зданий, сооружений и многих других целей.

Горными породами называют минеральные массы более или менее постоянного состава, состоящие из одного мономинерального или нескольких полиминеральных минералов.

Минералами называют составные части горных пород, однородные по химическому составу и физическим свойствам. Если горная порода состоит из одного минерала, она называется мономинеральной, если из двух и более – полиминеральной.

В зависимости от условий образования горные породы подразделяют на три вида: первичные – изверженные, вторичные – осадочные, видоизмененные – метаморфические.

 

 

Породообразующие минералы

Основными породообразующими минералами являются кремнезем, алюмосиликаты, железисто-магнезиальные, карбонаты, сульфаты.

 

Минералы группы кремнезема. К этой группе относят кварц. Он может находиться в кристаллической и аморфной форме.

Кристаллический кварц в виде диоксида кремния SiO₂ – один из самых распространенных минералов в природе. Средняя плотность – 2,65 г/см³, предел прочности при сжатии до 200 МПа, твердость – 7, имеет высокую химическую стойкость – его разрушает только фтористоводородная и горячая фосфорная кислота. Характерное свойство – вступать в химическое взаимодействие с известью при тем-ре 150-200⁰С в среде насыщенного пара в автоклавах. Используя эти свойство, получают силикатные материалы.

Аморфный кремнезем встречается в виде опала. Он вступает в химическое взаимодействие со щелочами при обычной температуре. Применение его в бетонах в качестве заполнителя может привести к их разрушению через 10-15 лет.

 

Минералы группы алюмосиликатов – полевые шпаты, слюды, каолиниты.

Полевые шпаты составляют 58 % всей литосферы и являются самыми распространенными минералами. Разновидности – ортоклаз и плагиоклазы.

Ортоклаз – калиевый полевой шпат - имеет среднюю плотность 2,57 г/см³, твердость – 6-6,5. Является основной частью гранитов, сиенитов.

Плагиоклазы – минералы, состоящие из смеси твердых растворов альбита и анортита. Плагиоклазы входят в состав кислых и основных горных пород.

Предел прочности полевых шпатов при сжатии составляет 120-150 МПа, что ниже прочности кварца. Они выветриваются под воздействием воды, содержащей углекислоту, в результате чего образуется каолинит.

Слюды – водные алюмосиликаты слоистого строения, способные расщепляться на тонкие пластинки. Наиболее часто встречаются два вида – биотит и мусковит.

Слюды имеют твердость 2-3. Мусковит встречается в изверженных и осадочных породах, биотит – в изверженных.

Водной разновидностью слюды является вермикулит. Он образован из биотита в результате воздействия гидротермальных процессов.

 Вспученный вермикулит применяют в качестве теплоизоляционного материала.

Слюды понижают прочность горной породы и ускоряют их выветривание.

Каолинит - минерал, получаемый в результате разрушения полевых шпатов и слюд. Залегает в виде землистых рыхлых масс. Применяют для изготовления керамических материалов.

 

Железисто-магнезиальные силикаты. Минералами этой группы являются пироксены, амфиболы и оливин.

К пироксенам относят авгит, входящий в состав габбро, к амфиболам – роговую обманку, входящую в состав гранитов.

Оливин входит в состав диабазов и базальтов. Продукт выветривания оливина – хризотил-асбест.

Эти минералы являются силикатами магния и железа и имеют темную окраску. Они обладают высокой ударной вязкостью и стойкостью против выветривания.

 

Минералы группы карбонатов. К ним относят кальцит, магнезит, доломит. Они входят в состав осадочных горных пород.

Кальцит – СаСО₃ – входит в состав известняков, мраморов, известковых туфов

Магнезит – MgCO₃ - образует породу с тем же названием.

Доломит – по свойствам занимает среднее положение между кальцитом и магнезитом. Входит в состав мраморов. Образует породу с таким же названием.

 

Минералы группы сульфатов – гипс и ангидрит.

Гипс - кристаллический минерал, обычно слагающий в природе огромные мраморовидные скопления. Имеет среднюю плотность

2,3 г/см³, твердость 1,5-2,0, цвета – белый, серый, красноватый. Хорошо растворяется в воде. Вместе с ангидритом его используют для получения вяжущих веществ.

Ангидрит – СаSO₄ – имеет среднюю плотность 2,9-3 г/см³, твердость- 3-3,5, строение кристаллическое. При насыщении водой переходит в гипс с сильным (до 30 %) увеличением объема. Является породообразующим компонентом в породах одноименного названия.

 

Горные породы

Все горные породы по происхождению различаются на три типа – изверженные, осадочные и метаморфические.