ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 23Следующая ⇒

Основным природным сырьем для производства строительных материалов являются горные породы. Их используют для изготовления керамики, стекла, металла, неорганических вяжущих веществ. Сотни кубометров песка, гравия и щебня применяют ежегодно в качестве заполнителей для бетонов и растворов.

Другим важным сырьевым источником являются техногенные вторичные ресурсы (отходы промышленности). Пока они используются недостаточно. Но по мере истощения природных ресурсов, повышения требований к охране окружающей среды и разработки новых эффективных технологий техногенное сырье будет применяться значительно шире.

Горные породы как сырьевая база производства строительных материалов

Горные породы – это значительные по объему скопления минералов в земной коре, образовавшиеся в результате физико-химических процессов.

Минералы – это вещества, являющиеся продуктами физико-химических процессов в земной коре и обладающие определенным химическим составом, однородным строением и характерными физико-механическими свойствами.

По условиям образования горные породы разделяют на три основные группы.

Магматические (первичные) горные породы образовались при охлаждении и отвердевании магмы.

Осадочные (вторичные) горные породы образовались в результате естественного процесса разрушения первичных и других пород под влиянием механического, физического и химического воздействия внешней среды.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в результате последующего изменения первичных и вторичных пород, связанного со сложными физико-химическими процессами в земной коре (давлением, температурой и т.п.).

Магматические горные породы

Они могут быть: а) глубинными (интрузивными); б) излившимися (эффузивными).Глубинные – это породы, образовавшиеся при застывании магмы на разной глубине в земной коре. Излившиеся породы образовались при вулканической деятельности, излиянии магмы и ее затвердении на поверхности.

Главные породообразующие минералы – кварц (и его разновидности), полевые шпаты, железисто-магнезиальные силикаты, алюмосиликаты. Все эти минералы отличаются друг от друга по свойствам, поэтому преобладание в породе тех или иных минералов меняет ее строительные свойства: прочность, стойкость, вязкость и способность к обработке (к полировке, шлифовке и т.п.).

Кварц, состоящий из кремнезема (диоксида кремния SiО₂) в кристаллической форме, является одним из самых прочных и стойких минералов. Он обладает: исключительно высокой прочностью (при сжатии до 2000 МПа); высокой твердостью, уступающей только твердости топаза, корунда и алмаза; высокой кислотостойкостью и вообще химической стойкостью при обычной температуре; высокой огнеупорностью (плавится при температуре 1700°С). Цвет кварца чаще всего молочно-белый, серый. Благодаря высокой прочности и химической стойкости кварц остается почти неизменным при выветривании магматических пород, в состав которых он входит. Поэтому кварц является также одним из наиболее встречающихся минералов и в осадочных породах.

Полевые шпаты – это самые распространенные минералы в магматических породах (до 2/3 от общей массы породы). Они представляют собой, так же как и кварц, светлые составные части пород (белые, розоватые, красные и т.п.). Главными разновидностями полевых шпатов являются ортоклаз и плагиоклазы.По сравнению с кварцем полевые шпаты обладают значительно меньшими прочностью (120-170 МПа на сжатие) и стойкостью, поэтому они реже встречаются в осадочных породах (главным образом, в виде полевошпатовых песков). Выветривание полевых шпатов происходит под влиянием воды, содержащей углекислоту. Результатом выветривания является глинистый минерал – каолинит.

К цветным (темноокрашенным) минералам, встречающимся в магматических породах, относятся железисто-магнезиальные и магнезиальные силикаты и некоторые алюмосиликаты.

В группе железисто-магнезиальных силикатов наиболее распространены оливин, пироксены (например, авгит), амфиболы (роговая обманка). Среди магнезиальных силикатов встречаются вторичные минералы, чаще всего замещающие оливин, – серпентин, хризотил-асбест.

В группе алюмосиликатов наиболее распространены слюды: обыкновенные – мусковит (почти бесцветный), флогопит и биотит (темного цвета); гидрослюды – гидромусковит, гидробиотит.

Все вышеперечисленные минералы, за исключением мусковита и гидромусковита, отличаются от кварца и полевых шпатов темной окраской (зеленого, темно-зеленого, иногда черного цвета). Характерными свойствами цветных минералов (за исключением слюд) являются высокая прочность и ударная вязкость, а также повышенная плотность по сравнению с другими минералами, которые входят в состав магматических пород.

Водные алюмосиликаты (слюды) являются нежелательной составной частью пород. Они понижают прочность пород, ускоряют их выветривание и затрудняют шлифовку и полировку, так как в результате совершенной спайности слюды легко разделяются на очень тонкие пластинки. Бетоны и строительные растворы на песке со значительным содержанием слюды обладают пониженной морозостойкостью.

Для специальных отделочных штукатурок в растворы иногда намеренно вводят слюду в целях достижения определенного художественного эффекта.

Глубинные (интрузивные) горные породы. При медленном остывании магмы в глубинных условиях возникают полнокристаллические структуры.Следствием этого является ряд общих свойств глубинных горных пород: весьма малая пористость и, следовательно, большая плотность и высокая прочность. Обработка таких пород из-за их высокой прочности затруднительна. Однако благодаря высокой плотности они хорошо полируются ишлифуются.Средние показатели важнейших строительных свойств таких пород: прочность при сжатии 100-300 МПа; плотность
2600-3000 кг/м³; водопоглощение меньше 1% по объему; теплопроводность около 3 Вт/(м× °С).

Граниты обладают благоприятным для строительного камня минеральным составом, отличающимся высоким содержанием кварца (25-30%), натриево-калиевых шпатов (35-40%) и плагиоклаза (20-25%), обычно небольшим количеством слюды (5-10%) и отсутствием сульфидов. Граниты имеют высокую механическую прочность при сжатии – 120-250 МПа (иногда до 300 МПа). Сопротивление растяжению, как у всех каменных материалов, относительно невысокое и составляет лишь около 1/30-1/40 от сопротивления сжатию.

Одним из важнейших свойств гранитов является малая пористость, не превышающая 1, 5%, что обусловливает водопоглощение около 0, 5% (по объему). Поэтому морозостойкость их высокая. Огнестойкость гранита недостаточна, так как он растрескивается при температурах выше 600°С вследствие полиморфных превращений кварца. Гранит, так же как и большинство других плотных магматических пород, обладает высоким сопротивлением истиранию.

Граниты весьма разнообразны по цвету, зависящему в основном от окраски полевых шпатов. Граниты являются прекрасным декоративным облицовочным материалом. В связи с высокой прочностью на сжатие, морозостойкостью граниты применяют для защитной облицовки набережных, устоев мостов, цоколей зданий, а также в качестве щебня для высокопрочных и морозостойких бетонов. Кроме того, благодаря значительной кислотостойкости граниты применяют в качестве кислотоупорной облицовки.

Из всех изверженных пород граниты наиболее широко используют в строительстве, так как они являются самой распространенной из глубинных магматических пород. Остальные глубинные породы (сиениты, диориты, габбро и др.) встречаются и применяются значительно реже.

Излившиеся (эффузивные) горные породы. Магматические породы, образовавшиеся при кристаллизации магмы на небольших глубинах и занимающие по условиям залегания и структуре промежуточное положение между глубинными и излившимися породами, имеют полнокристаллические неравномернозернистые и неполнокристаллические структуры.

Среди неравномернозернистых структур выделяют порфировидные и порфировые структуры. Порфировидные структуры обусловлены наличием относительно крупных кристаллов на фоне мелкокристаллической основной массы породы. Порфировые структуры характеризуются наличием хорошо образованных кристаллов – порфировых «вкрапленников», погруженных в стекловидную основную массу породы.Из магматических пород, образовавшихся при кристаллизации магмы на небольших глубинах, в строительстве наиболее широко применяют кварцевые и бескварцевые (полевошпатовые) порфиры.

Кварцевые порфиры по своему минеральному составу близки к гранитам. Их прочность, пористость, водопоглощение сходны с показателями этих свойств, присущими гранитам. Но порфиры более хрупки и менее стойки вследствие наличия крупных вкраплений.

Бескварцевыепорфиры (полевошпатовые) по своему составу близки к сиенитам, но в связи с иным генезисом обладают худшими физико-механическими свойствами.

Излившиеся горные породы, образовавшиеся в результате излияния магмы, ее охлаждения и застывания на поверхности земли, состоят, как правило, из отдельных кристаллов, вкрапленных в основную мелкокристаллическую, скрытокристаллическую и даже стекловатую массу. Излившиеся породы в результате неравномерного распределения минеральных компонентов сравнительно легко разрушаются при выветривании и под воздействием внешних условий, а также обнаруживают анизотропность механических свойств.Различают эффузивы: излившиеся плотные и излившиеся пористые.

К плотным излившимся породам относят андезиты, базальты, диабазы, трахиты, липариты.

Андезиты– излившиеся аналоги диоритов – породы серого или желтовато-серого цвета. Андезиты содержат плагиоклазы, роговую обманку, некоторые пироксены и биотит. Структура может быть неполнокристаллическая или стекловатая. Плотность андезитов 2700-3100 кг/м³, предел прочности при сжатии 140-250 МПа. Андезиты применяют для получения кислотостойких облицовочных изделий, в виде щебня для кислотоупорного бетона.

Базальты– излившиеся аналоги габбро – породы черного цвета, скрытокристаллические или тонкозернистые, иногда порфировые. Физико-механические свойства сходны со свойствами андезитов. Базальты ввиду большой твердости и хрупкости трудно обрабатываются, но хорошо полируются. Применяют главным образом в качестве бутового камня и щебня для бетонов, в дорожном строительстве (для мощения улиц); особо плотные породы используют в гидротехническом строительстве. Базальты являются исходным сырьем для литых каменных изделий, используются для получения минеральных волокон в производстве теплоизоляционных материалов.

К пористым излившимся породам относят пемзу, вулканические туфы и пеплы, туфолавы. Пемза представляет собой пористое вулканическое стекло, образовавшееся в результате выделения газов при быстром застывании кислых и средних лав. Цвет пемзы белый или серый. Пористость ее достигает 60%; стенки между порами сложены стеклом. Твердость пемзы около 6, истинная плотность 2-2, 5 г/см³, плотность 0, 3-0, 9 г/см³. Большая пористость пемзы обусловливает хорошие теплоизоляционные свойства, а замкнутость большинства пор – достаточную морозостойкость. Пемза –ценный заполнитель в легких бетонах (пемзобетоне). Наличие в пемзе активного кремнезема позволяет использовать ее в виде гидравлической добавки к цементам и извести. В качестве абразивного материала пемзу применяют для шлифовки металлов и дерева, полировки каменных изделий.

Вулканический пепел– наиболее мелкие частицы лавы, обломки отдельных минералов, выброшенные при извержении вулкана. Происхождение пепла объясняется размельчением лавы при вулканических взрывах. Размеры частичек пепла колеблются от 0, 1 до 2 мм. Вулканический пепел является активной минеральной добавкой.

Вулканические туфы– горные породы, образовавшиеся из твердых продуктов вулканических извержений: пепла, пемзы и других, впоследствии уплотненных и сцементированных. Туфолава– горная порода, занимающая промежуточное положение между пеплом и туфом. Образование туфолав связывают с быстрым вспениванием лав при резком падении давления и связанным с этим дроблением вкрапленников и стекла без разрыва сплошности лавного потока. Вулканические туфы и туфолавы хорошо сопротивляются выветриванию, мало теплопроводны и, несмотря на большую пористость, морозостойки. Они легко обрабатываются, распиливаются, пробиваются гвоздями, шлифуются, но не полируются.

Туф и туфолавы используют в виде пиленого камня для кладки стен жилых зданий, устройства перегородок и огнестойких перекрытий. Используются они также в качестве декоративного камня, чему благоприятствует наличие туфов разных цветов - лиловых, желтых, красных, черных и др. Применяются туфы и в виде щебня для легких бетонов.

Осадочные горные породы

Осадочные породы в зависимости от условий их образования делят на три подгруппы: а) обломочные породы или механические осадки – рыхлые (гравий, глины, пески), оставшиеся на месте разрушения пород или перенесенные водой, льдом (ледниковые отложения) или ветром (эоловые отложения); сцементированные (песчаники, конгломераты, брекчии), зерна +++мические осадки (гипс, известняк и др.), образовавшиеся из продуктов разрушения пород, перенесенных водой в растворенном виде; в) органогенные породы, образовавшиеся из остатков некоторых водорослей и животных (скелеты губок, кораллов, раковины и панцири ракообразных и др.); к органогенным породам относятся мел, известняк-ракушечник, диатомиты.

Большинство осадочных пород имеет более пористое строение, чем плотные магматические породы, а следовательно, и меньшую прочность. Некоторые их них сравнительно легко растворяются (например, гипс) или распадаются в воде на мельчайшие частицы (например, глины).

Главные породообразующие минералы. В составе осадочных пород можно выделить две различные по своему происхождению группы минералов: реликтовые и минералы осадочного происхождения. К первой группе относят минералы магматические и метаморфические; обычно зерна этих минералов окатаны; ко второй – минералы, образовавшиеся на месте в осадке или породе.

Наиболее распространенные минералы группы кремнезема – кварц, опал, халцедон. В осадочных породах присутствует кварц магматического происхождения и кварц осадочный. Осадочный кварц отлагается непосредственно из растворов, а также образуется в результате перекристаллизации опала и халцедона. Он широко распространен в кремнистых породах, заполняет трещины, поровые пространства и другие полости в песчаниках и известняках.

Опал – аморфный кремнезем. Опал чаще всего бесцветен или молочно-белый, но в зависимости от примесей может быть желтым, голубым или черным. Плотность 1, 9-2, 5 г/см³, максимальная твердость 5-6, хрупок. Опал, халцедон, некоторые вулканические породы при применении в составе соответствующих горных пород в качестве заполнителей бетона могут вступать в реакцию со щелочами цемента, вызывая разрушение бетона (опал является наиболее реакционноспособным из указанных компонентов).

Минералы группы карбонатов имеют широкое распространение в осадочных породах. Наиболее важную роль в них играют кальцит, доломит и магнезит.

Кальцит (СаСО₃) –бесцветный или белый, при наличии механических примесей серый, желтый, розовый или голубоватый минерал. Блеск стеклянный. Плотность 2, 7 г/см³, твердость 3. Характерным диагностическим признаком является бурное вскипание в 10%-ной соляной кислоте.

Доломит [CaMg(CO₃)]₂– бесцветный, белый, часто с желтоватым или буроватым оттенком минерал. Блеск стеклянный. Плотность 2, 8 г/см³, твердость 3-4. В 10%-ной соляной кислоте вскипает только в порошке и при нагревании. Доломит обычно мелкозернистый, крупные кристаллы встречаются редко. Образуется он либо как первичный химический осадок, либо в результате доломитизации известняков. Минерал доломит слагает породу того же названия.

Магнезит (MgCO₃) – бесцветный, белый, серый, желтый, коричневый минерал. Плотность 3, 0 г/см³, твердость 3, 5-4, 5. Растворяется в НСl при нагревании. Минерал магнезит слагает породу того же названия.

Представители группы глинистых минералов слагают глины, а также могут находиться в качестве примесей в песчаниках, алевролитах, известняках и многих других породах, существенно изменяя их физико-механические свойства. Минералы этой группы относятся к водным алюмосиликатам. Наиболее широкое распространены каолинит, монтмориллонит и гидрослюды.

Каолинит(Al₂O₃× 2SiO₂× 2H₂O) –белый, иногда с буроватым или зеленоватым оттенком минерал. Плотность 2, 6 г/см³, твердость 1. На ощупь жирный. Встречается в виде мелоподобных плотных агрегатов. Каолинит образуется в результате разложения полевых шпатов, слюд и некоторых других силикатов в процессе их выветривания и переноса продуктов разрушения. Каолинит слагает каолиновые глины, входит в состав полиминеральных глин, иногда присутствует в цементе обломочных пород.

Монтмориллонит слагает бентонитовые глины, иногда служит цементирующим материалом в песчаниках.

Гидрослюды образуются при разложении слюд и некоторых других силикатов (например, полевых шпатов).Примеси глинистых минералов в известняках и песчаниках нежелательны, так как содержание уже 3-4% глины резко понижает их водостойкость и морозостойкость.

Наиболее распространенными минералами группы сульфатов являются гипс и ангидрит.

Гипс(CaSO₄× 2H₂O) представляет собой скопление белых или бесцветных кристаллов, иногда окрашенных механическими примесями в голубые, желтые или красные тона. Блеск стеклянный. Плотность 2, 3 г/см³, твердость 2. Для гипса, развивающегося в пустотах и трещинах, характерны волокнистое строение и шелковистый блеск.

Ангидрит(CaSO₄)– белый, серый, светло-розовый, светло-голубой минерал. Блеск стеклянный. Плотность 3, 0 г/см³, твердость 3-3, 5. Как правило, встречается в виде сплошных мелкозернистых агрегатов.Гипс и ангидрит слагают породы того же названия, широко распространенные в соленосных отложениях.

Осадочные породы нередко содержат органические остатки животного и растительного происхождения, сложенные кремнистым или известковым веществом. Представителями этой группы минералов являются диатомиты, сложенные остатками диатомовых водорослей.

Обломочные породы. Породы рассматриваемой группы сложены преимущественно зернами устойчивых к выветриванию минералов и горных пород.

Рыхлые обломочные породы – песок(с зернами преимущественно до 5 мм) и гравий(с зернами свыше 5 мм)– применяют в качестве заполнителей для бетона, в дорожном строительстве, для железнодорожного балласта. Пески служат компонентом сырьевой смеси в производстве стекла, керамических и многих других изделий.

Глинистыепороды сложены более чем на 50% частицами мельче 0, 01 мм, причем не менее 25% из них имеют размеры меньше 0, 001 мм. Они характеризуются сложным минеральным составом. Кроме того, глинистые породы могут содержать обломочные зерна кварца, полевых шпатов, слюд, а также гидроокислы, карбонаты, сульфаты и прочие минералы. Наличие обломочной примеси оказывает существенное влияние на степень пластичности глины.

За основу минералогической классификации глинистых пород принимается состав глинистых минералов.Каолиновые глины сложены минералом каолинитом. Обычно эти глины окрашены в светлые тона, жирные на ощупь, они малопластичны, огнеупорны.

Полимиктовые глины характерны наличием двух или нескольких минералов, причем ни один из них не является преобладающим. Они окрашены в бурые, коричневые, серые или зеленоватые тона. Обычно содержат значительное количество песчаной и алевритовой примеси и различные карбонаты, сульфаты, сульфиды, гидроокислы железа и т.п.

Каолиновые глины являются огнеупорными и их широко используют в керамической промышленности в этом качестве. Гидрослюдистые глины и глины полимиктового состава применяют для изготовления кирпича, грубой керамики и других изделий. Глины являются также компонентом сырьевой смеси в производстве цемента. Глины используют как строительный материал при возведении земляных плотин (экраны и пр.).

Сцементированные обломочные породы – песчаники, конгломераты, брекчии.Песчаник состоит из зерен песка, сцементированных различными природными «цементами». Если в состав пород входят крупные куски (гравий или щебень), то им даются название конгломерата (при округлых кусках) и брекчии (при остроугольных кусках). Из них чаще всего применяются в строительстве песчаники (так же, как и плотные известняки). Однако наличие кварцевых зерен делает песчаники труднообрабатываемыми.

Хемогенные породы. Среди пород химического происхождения наиболее важными в строительном деле являются карбонатные, сульфатные и аллитовые породы.

Наиболее распространенными карбонатными породами являются известняки и доломиты. Известняк– порода, сложенная более чем на 50% кальцитом; доломит – порода, состоящая более чем на 50% из доломита. Количество глинистой примеси в карбонатных породах может колебаться в широких пределах. Порода, характеризующаяся приблизительно равным содержанием карбонатного и глинистого материала, называется мергелем.

Пористость плотных известняков не превышает десятых долей процента, а рыхлых достигает 15-20%. Окраска известняков зависит от примесей и может быть различной: белой, желтоватой, бурой, серой, темно-серой до черной.

Доломитыпо внешнему виду похожи на известняки. Цвет доломитов белый, желтовато-белый, светло-бурый. Для них характерны микрозернистые и кристаллически-зернистые структуры.

Благодаря широкому распространению, легкой добыче и обработке известняки, доломитизированные известняки и доломиты применяют в строительстве чаще, чем другие породы. Их используют в виде бутового камня для фундаментов, стен неотапливаемых зданий или жилых домов в районах с теплым климатом, а наиболее плотные породы применяют в виде плит и фасонных деталей для наружных облицовок зданий. Известняковый щебень часто используют в качестве заполнителя для бетона. Известняки широко применяют как сырье для получения вяжущих веществ – извести и цемента. Доломиты используют для получения вяжущих и огнеупорных материалов в цементной, стекольной, керамической и металлургической промышленности.

Сульфатные породы – гипс и ангидрит; в природных условиях в результате гидратации и дегидратации они переходят друг в друга. Ангидрит отличается от гипса большей твердостью. Гипс и ангидрит служат сырьем для получения вяжущих веществ, иногда их применяют в виде облицовочных изделий.

Аллитовые породы характеризуются высоким содержанием глинозема. В этой группе выделяют две главные породы: бокситы и латериты. Породообразующими минералами бокситов являются гидроксиды алюминия (гиббсит и диаспор). Бокситы разнообразныпо внешнему виду. Они могут быть мягкими, рыхлыми, похожими на глину и плотными с раковистым изломом. Пластичностью бокситы не обладают. Окраска обусловлена наличием гидроксидов железа. Чаще она бывает красная, бурая, коричневая, зеленовато-серая. Бокситы используют для производства алюминия, искусственных абразивов, огнеупоров, глиноземистого цемента.

Органогенные породы. К осадочным органогенным породам относятся биогенные кремнистые породы и органогенные известняки.

Биогенные кремнистые породы (силициды) сложены осадочным кремнеземом (опалом, халцедоном, кварцем). Главными разновидностями кремнистых пород являются диатомиты, радиоляриты, спонголиты, трепелы, опоки. Диатомиты – легкие светлые тонкопористые породы, состоящие из опаловых скелетов диатомовых водорослей. Трепелы и опоки– белые или серые, очень легкие, похожие на каолиновую глину или мел, породы, состоящие из опала, реже халцедона.

Кремнистые породы находят разнообразное практическое применение.Диатомиты, трепелы, опоки применяют для производства теплоизоляционных материалов, в виде минеральных добавок к вяжущим веществам (воздушной извести, портландцементу).

Органогенные известняки (например, известняки-ракушечники) могут быть сложены целыми раковинами или обломками раковин различных морских беспозвоночных, а также остатками известковых водорослей. Разновидность органогенных известняков –мел. Это микрозернистая слабоцементированная порода белого цвета.

Известняки-ракушечники применяют в строительстве в виде строительного камня. Способность легко распиливаться, небольшая плотность (от 0, 8 до 1, 8 г/см³), малая теплопроводность –характерные свойства этого материала.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒