ТОП 10:

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ



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 и шлифуются. 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.

Бескварцевые порфиры (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 которых сцементиро­ваны различными природными «цементами»; б) химические 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.

Глинистые породы 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.

Доломиты по 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 разнообразны по 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.







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-17; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.235.66.217 (0.012 с.)