Осадочные (вторичные) горные породы

 

Осадочные (вторичные) горные породы образовались в результате разрушения магматических (изверженных) и других пород под влиянием изменения температуры, действия ветра и воды. Продукты разрушения перемещались водными потоками на значительные расстояния, осаждались в местах спокойного течения воды, морях, озерах, переносились ветром или ледниками. Некоторые минералы и продукты их разрушения растворялись в воде и впоследствии осаждались из водного раствора, почему и получили название осадочные. Характерной особенностью осадочных горных пород является слоистость (залегание пластами), возникающая при постепенном образовании пласта из механических осадков или органогенных отложений. Отдельные слои отличаются один от другого окраской, составом и свойствами.

Для многих осадочных пород характерна также большая пористость, наличие окаменелых остатков ранее живших организмов или их отпечатков.

В зависимости от условий образования осадочные породы делятся на три основные группы: 1) механические отложения; 2) химические осадки; 3) органические отложения.

Механические отложения (обломочные):

- рыхлые – валунный камень, гравий, песок, глина, - образовавшиеся в результате разрушения магматических и других горных пород. Применяются как заполнитель для бетонов и растворов, подстилающий слой в дорожных одеждах. Пески являются также составной частью сырьевой смеси при производстве стекла, керамических материалов, силикатного кирпича, силикатного бетона и др.

Чаще встречаются кварцевые пески. Это объясняется тем, что при выветривании гранита кварц оказывается наиболее твердым (твердость 7) и химически стойким минералом, который разрушает соседствующие с ним минералы (полевые шпаты, слюду и др.). Зерна кварца лишь слегка окатаны при перемещении водой или ветром.

Песок – рыхлая зернистая порода, образовавшаяся в результате естественного разрушения горных пород, крупностью зерен до 5 (3) мм. В песке иногда имеются частицы мельче 0,14 мм, которые называют пылевидными (0,14...0,005 мм) и глинистыми (мельче 0,005 мм). В зависимости от минерального состава различают пески: кварцевые (кварца более 90 %), кварцево-полевошпатовые, полевошпатовые (полевых шпатов более 90 %), кварцево-слюдистые (с содержанием чешуек слюды свыше 10 %), глауконитовые (с примесью железистых соединений), ракушечные, содержащие значительное количество обломков ракушек, гумозные (с содержанием органических соединений более 0,5 %) и др. Наиболее прочными являются кварцевые пески.

Форма и характер поверхности зерен песка зависит от условий образования: речной, озерный, морской, дюнный пески состоят из частиц округлой формы с гладкой поверхностью; ледниковый и овражный пески – из частиц угловатой формы с шероховатой поверхностью. Пески имеют истинную плотность около 2650 кг/м³, насыпную плотность от 1400 до 1800 кг/м³ и пустотность в пределах от 25 до 50 %.

Глина – тонкодисперсный землистый материал, более чем на 50 % сложенный из частиц размером менее 0,01 мм, причем не менее чем 25 % из них имеют размеры менее 0,001 мм. Глины образовались при разрушении самого распространенного минерала – полевых шпатов.

Глины находят большое применение: они являются основным сырьем при производстве керамических материалов, как компонент сырьевой смеси при производстве цементов.

Сцементированные механические осадочные породы образовались из рыхлых залежей под действием минерализованных вод и давления вышележащих слоев. К ним относятся породы: песчаники, брекчии, конгломераты.

Песчаники состоят из зерен кварцевого песка, сцементированного природным цементом, например, карбонатом кальция СаСО₃, водным кремнеземом SiO₂·nH₂O, гипсом СаSiO₄·2H₂O и др. В зависимости от цементирующего вещества песчаники называют известковыми, кремнистыми и т.д. Цвет их зависит от цвета цементирующего вещества.

Наибольшее применение в строительстве получили известковые и кремнистые песчаники. Известковые песчаники легче обрабатываются, их плотность составляет 1800...2400 кг/м³, прочность при сжатии от 20 до 100 МПа. Кремнистые песчаники более стойкие и прочные, их плотность составляет 2300...2600 кг/м³, прочность – 100...200 МПа, иногда выше.

Песчаники используют для фундаментов, стен неотапливаемых зданий, подпорных стенок, тротуаров, особо стойкие – для облицовок; кроме того, их используют для изготовления щебня для бетона, штучных камней для дорожного строительства.

Брекчии и конгломераты – породы, состоящие из сцементированных зерен гравия (конгломераты) или из остроугольных с шероховатой поверхностью зерен щебня (брекчии) (рис. 3.2). В основном их используют как местный материал для получения щебня.

 

Органогенные отложения

Органогенные породы образуются в результате отложения отмерших организмов (ракушек, рачков и др.). К этим породам относятся широко распространенные в природе известняки, известняки-ракушечники, мел, состоящие в основном из карбоната кальция СаСО₃. Реже встречаются породы, состоящие из аморфного кремнезема SiO₂ – диатомиты и трепелы.

Органогенные осадочные горные породы в основном состоят из карбоната кальция СаСО₃ или аморфного кремнезема SiO₂·nH₂O. Важнейшие породы в этой группе – известняки различного вида.

Известняки плотные – широко распространенная горная порода, состоящая в основном из кальцита СаСО₃; кроме кальцита они содержат примеси магнезита, глины, кремнезема. Цвет известняка в зависимости от примесей может быть белым, светло-серым, серовато-кремовым или желтоватым. Плотность известняков – 2700...2760 кг/м³, прочность при сжатии –250…300 МПа; твердость небольшая – 3...3,5, что позволяет легко добывать и обрабатывать известняк. В кислых средах, в том числе при воздействии углекислого газа, известняки нестойки.

Известняки издревле широко применяются при строительстве для возведения зданий и их облицовки (вспомним слова «Москва белокаменная»; сегодня можем увидеть построенные из известняка в ХV веке соборы Московского Кремля); самый распространенный щебень для бетонов – известняковый; известняк – сырье для производства извести и цемента.

Мраморные известняки – переходные породы от плотных известняков к мраморам. Они имеют большую, чем у известняков плотность и прочность. Применяются для облицовки зданий.

Известняк-ракушечник – пористая порода, состоящая из раковин и панцирей моллюсков, сцементированных природным известковым цементом. Плотность ракушечника – 900...1800 кг/м³, прочность при сжатии – 0,4...12 МПа. Он имеет низкую теплопроводность, легко распиливается, благодаря чему его используют как местный стеновой материал в виде камней и блоков. Декоративные разновидности ракушечника применяются как облицовочный материал.

Мергель – тесная природная смесь известняка с глиной (25...60 %) плотного землистого сложения (средняя плотность 2100...2700 кг/м³). Мергель легко выветривается, неводостоек, неморозостоек. Применяется для производства извести, цемента, получения красок, замазок.

Мел – землистая горная порода, состоящая из мельчайших частиц раковин и скелетов морских микроорганизмов, представляет собой почти чистый кальцит СаСО₃. Пористость мела – до 40 %, твердость 1. Используют при производстве извести, цемента, стекла и, благодаря высокой дисперсности, для приготовления красок и шпаклевок.

Диатомиты и трепелы – слабосцементированные или рыхлые землистые породы белого, серого или желтоватого цвета, в основном состоящие из аморфного кремнезема SiO₂·nH₂O. Они образовались из диатомитового ила, накопившегося в морях и озерах, мельчайших диатомитовых водорослей, а также кремниевых скелетов морской микрофауны с примесью глины и ила. Трепел отличается от диатомита тем, что содержит мало или почти лишен органических остатков. Диатомиты и трепелы – легкие пористые породы (плотность 350...950 кг/м³), обладающие весьма низкой теплопроводностью (0,15...0,20 Вт/м·К).

Диатомит и трепел содержат до 75...96 % активного кремнезема, поэтому они являются лучшей активной минеральной добавкой к вяжущим. Кроме того, они используются при производстве теплоизоляционных материалов.

 

Химические осадки

В результате химических процессов – растворения минеральных веществ и последующего выпадения твердых веществ из растворов – образовались химические осадочные горные породы. Из таких осадочных пород в строительстве используют природный гипс, доломит, магнезит.

Гипс – плотная горная порода (средняя плотность – 2200 кг/м³, прочность при сжатии – 60...80 МПа). Он состоит из минерала того же названия – CaSO₄·2H₂O. Основное применение – сырье для производства гипсовых вяжущих веществ.

Доломит – плотная горная порода, состоящая из минерала доломита СаСО₃ · MgCO₃. Он используется как облицовочный материал и заполнитель для бетона. Плотность 2,2...2,8 г/см³, прочность от 50 до 200 МПа.

Магнезит состоит из минерала магнезита MgCO₃. Он имеет кристаллическую или аморфную структуру. Используется для получения магнезиального вяжущего – каустического магнезита, а также для производства огнеупорных материалов.

 

Метаморфические породы

 

Они образовались в результате видоизменения магматических или осадочных горных пород под воздействием механических факторов, высокой температуры, высокого давления газов, горячих растворов химических элементов. При этом происходило глубокое изменение строения, а иногда и минералогического состава первоначальной породы.

Характерным представителем видоизменения (метаморфизма) изверженных пород являются гнейсы, которые образовались из гранитов и сиенитов путем их кристаллизации. Они могут иметь ленточное или сланцеватое строение. При этом в направлении слоев происходит резкое падение механических свойств, однако в направлении, перпендикулярном сланцеватости, гнейсы мало отличаются от гранитов: прочность при сжатии составляет 150...200 МПа; средняя плотность 2,4...2,8 г/см³.

Сланцеватость облегчает добычу и переработку гнейсов, но при этом образуется много лещадки.

Эта порода камня используется в виде плит для облицовки набережных, каналов, устройства тротуаров, кладки фундаментов. Из него изготавливают щебень, бутовый камень

Представителями видоизменения (метаморфизма) осадочных горных пород являются мраморы, кварциты, глинистые сланцы.

Мраморы – широко распространенная горная порода, образовавшаяся из известняков в результате огромного многостороннего давления в условиях высоких температур и состоящая из плотно сросшихся между собой кристаллов кальцита СаСО₃, иногда с примесью доломита СаСО₃·MgСО₃. Мраморы могут быть как чисто белые, так и самых разнообразных цветов с характерным мраморовидным рисунком. Средняя плотность мраморов составляет 2600...2800 кг/м³, прочность при сжатии – 50...300 МПа. Мраморы хорошо полируются.

Мрамор широко применяется как декоративный и отделочный материал для внутренних частей зданий. Для наружных облицовок его применять не рекомендуется, поскольку кальцит не стоек к действию влаги и кислотных оксидов, в том числе и СО₂, в большом количестве содержащихся в атмосфере современных городов. Не следует применять мрамор для полов с большой интенсивностью движения. Мраморную крошку используют как заполнитель для цветных цементных и асфальтовых бетонов.

Глинистые сланцы. Являются продуктом метаморфизма глинистых пород. Они легко раскалываются на тонкие (2...8 мм) ровные плитки и применяются как один из самых долговечных кровельных материалов.

Из глинистых сланцев изготавливают плиты для внутренней облицовки, плиты для полов.

Разновидностью сланцевых пород являются менилитовые (горючие) сланцы, которые состоят из аморфного кремнезема (40...70 %), органической массы (керогена) 18...30 % и глинистого вещества. Эти сланцы могут применяться в технологии производства асфальтобетона и легких бетонов. Прочность менилитовых сланцев равна 30...70 МПа, плотность 2,3...2,5 г/см³, пористость 3...10 %.

Кварциты – это метаморфизированные кварцевые песчинки, состоят из сросшихся между собой кристаллов кварца. Кварциты – стойкая к выветриванию, прочная (до 400 МПа) и твердая порода (7 по шкале Мооса). Однако они хрупкие и труднообрабатываемые. Применяются в ответственных частях зданий и сооружений, в качестве облицовочного материала, в виде щебня для бетонов и в качестве сырья для получения кислотоупорных бетонов и огнеупоров.