Изверженные (магматические) горные породы
|
Магматические горные породы образовались при извержении, охлаждении и отвердевании магмы - алюмосиликатного расплава, находившегося в мантии или литосфере (рис. 2.1). При охлаждении магмы внутри земной коры (медленное охлаждение) образуются массивные глубинные, или интрузивные, горные породы. Если магма изливается на поверхность литосферы, то при сравнительно быстром охлаждении образуются массивные излившиеся (эффузивные) горные породы. При извержении вулканов, когда магма выбрасывается в атмосферу, образуются обломочные (рыхлые и цементированные) горные породы. Классификация магматических горных пород по генезису приведена на рис. 2.1.  Породообразующие минералы магматических горных пород Минералы, образующие магматические горные породы, подразделяются на четыре группы. Кварц - кристаллический SiO2. Крупные кристаллы кварца называют горным хрусталем. Истинная плотность - 2,65 г/см3, твердость по минералогической шкале - 7, температура плавления - 1728 °С. При температуре 573 °C β-кварц переходит в а-кварц (полиморфный переход с увеличением объема на 1,5 %). Кварц относится к прочным и химически стойким минералам. При разрушении полиминеральных горных пород образует кварцевые пески. Полевые шпаты - алюмосиликаты калия, натрия и кальция. По составу и свойствам разделяют на две группы: 1. Ортоклаз (прямораскалывающийся) - K2O*Al2O3*6SiО2. Обладает совершенной спайностью, угол между плоскостями спайности 90 °C. Истинная плотность - 2,56 г/см3, твердость по минералогической шкале - 6. 2. Плагиоклазы: Альбит - Na2O*Al2O3*SiO2; Анортит - Ca0*Al2О3*2SiО2. Альбит и анортит образуют изоморфные смеси различного состава, называемые олигоклазом, андезином, лабрадором и битовнитом. Истинная плотность плагиоклазов изменяется в пределах от 2,62 до 2,76 г/см3, твердость - 6. При разрушении (выветривании) они превращаются в водные алюмосиликаты - породообразующие минералы глин. Слюды - водные алюмосиликаты калия, магния и железа. Обладают весьма совершенной спайностью, слюды можно разделять на тонкие пластинки. Мусковит KAlSi(OH)2 [AlSi3O10] - прозрачная тугоплавкая слюда, истинная плотность - 2,76-3,00 г/см3. Биотит K(Mg,Fe)3(OH,F)2[AlSi3O10] - магнезиально-железистая слюда черного цвета, истинная плотность - 2,80-3,20 г/см3. Вермикулит образуется путем окисления и гидратации биотита, содержит химически связанную воду. Вермикулитовый концентрат используется в производстве теплоизоляционных материалов. Флогопит KMg3(OH,F)2[Si2AlO10] - магнезиальная слюда. Истинная плотность - 2,70-2,85 г/см3, твердость 2,0-2,5, при выветривании превращается в вермикулит. Слюды понижают прочность и долговечность полиминеральных горных пород и затрудняют их обработку (выравнивание, шлифование, полировку). Темноокрашенные минералы - железисто-магнезиальные силикаты (соли поликремневых кислот) представлены тремя группами минералов -амфиболами, пироксенами и оливином. Характерным представителем амфиболов является роговая обманка, пироксенов - авгит. По химическому составу темноокрашенные минералы являются солями поликремневых кислот (силикатами) магния и железа. Например, оливин (MgFe)2[SiO4]. Минералы этой группы имеют характерную темно-серую и черную окраски, истинная плотность изменяется в пределах от 3,0 до 3,6 г/см3, твердость - 5-6. Минералы отличаются высокой прочностью и химической стойкостью. Массивные изверженные горные породы Глубинные магматические горные породы Глубинные (интрузивные) породы - гранит, сиенит, диорит и габбро, полиминеральные горные породы, структура - зернисто-кристаллическая, текстура - плотная (приложение, рис. А.1).  Гранит, содержит 20-40 % кварца, 40-60 % полевого шпата (ортоклаза), 5-20 % слюды (мусковита или биотита) или роговой обманки (реже авгита). Цвет гранита определяется преимущественно цветом полевого шпата и может быть серым, красным. Распространенность гранита в литосфере определяет широкое его применение в качестве строительного и отделочного материалов. Сиенит состоит из ортоклаза и темноокрашенного минерала (роговой обманки). Цвет сиенита - серый и красноватый, также определяется цветом полевого шпата. Диорит содержит полевой шпат, плагиоклаз и темноокрашенные минералы (авгит, роговую обманку). Цвет изменяется от серо-зеленого до темно-зеленого. Габбро состоит из плагиоклаза (анортита) и темноокрашенных минералов (авгита, оливина). Цвет может изменяться от серого до черного. Разновидностью габбро является лабрадорит - крупнозернистая порода, содержащая кристаллы полевого шпата - лабрадора, которые отражают синий, голубой и зеленый цвет (иризация). Лабрадорит является ценным отделочным материалом. Глубинные магматические породы сходны по своим физическим свойствам. Истинная плотность глубинных пород изменяется в пределах от 2,6 (гранит) до 3,6 г/см3 (габбро), она повышается с увеличением содержания темноокрашенных материалов. Средняя плотность незначительно отличается от истинной, так как порода имеет плотную текстуру, ее пористость не превышает 5 % и водопоглощение - 1,5 %. Вследствие большой плотности, породы имеют высокую теплопроводность - 2,5-3,0 Вт/(м*°С) и морозостойкость (выдерживают 200 циклов и более при испытании, марка F200 и выше). Предел прочности при сжатии (Rсж) изменяется в пределах от 50 до 500 МПа. Показатель Rсж повышается с увеличением содержания в породе темноокрашенных минералов. Предел прочности при изгибе (Rизг) составляет (1/40-1/60) Rсж, поэтому глубинные породы нецелесообразно применять в конструкциях, работающих на растяжение и растяжение при изгибе. Большинство глубинных пород обладает высоким сопротивлением истиранию и износу. Излившиеся (эффузивные) магматические породы По условиям образования глубинные и излившиеся горные породы могут иметь близкий химический (а иногда и минеральный) состав, но отличаться по структуре (иногда и текстуре). Такие породы называют аналогами. Каждая глубинная порода имеет два излившихся аналога -новый и древний. В отличие от глубинных пород излившиеся имеют неравномерно-зернистую порфировую структуру, текстура может быть как плотной, так и пористой (рис. А.2).  Кварцевый порфир и липарит по химическому и минеральному составам являются аналогами гранита. Цвет пород изменяется от серого до красного. Ортоклазовый порфир и липарит - аналоги сиенита. Цвет - серый, зеленовато-серый, красный. Порфирит и андезит по химическому и минеральному составам аналогичен диориту. Цвет изменяется от светло- до темно-серого. Диабаз и базальт - аналоги габбро. Цвет темно-серый и черный, вследствие высокого содержания темноокрашенных минералов. Перлит, обсидиан и пехштейн - горные породы, состоящие преимущественно из вулканического стекла и содержащие воду. Различаются эти породы по содержанию воды и текстуре. Истинная плотность перлита составляет 2,10-2,30 г/см3, средняя плотность - 1,20-2,30 г/см3, пористость изменяется в пределах от 0,5 до 50 %. Вода в перлите находится в трех состояниях: структурная - связана с кремнекислородными тетраэдрами, подвижная - заполняет микропоры, часть воды входит в состав гидроксидов. Содержание воды в обсидианах колеблется от 0,10 до 0,70 %, в перлитах составляет 2,60-6,70 %, пехштейнах - 2,30-6,10 %. Особенностью перлита является его способность вспучиваться при обжиге с многократным (до 20 раз) увеличением объема. Вследствие высокой скорости охлаждения и повышения вязкости магмы на поверхности литосферы, растворенные в ней газы не всегда удаляются и образуют поры. Поэтому текстура излившихся пород может быть как плотной, так и пористой, в зависимости от условий образования. Физико-механические свойства излившихся пород изменяются в более широких пределах по сравнению с аналогичными показателями глубинных пород. Средняя плотность изменяется в пределах от 2,2 до 3,6 г/см3, а пористость может достигать 10 % и более, водопоглощение обычно не превышает 1,0 %, так как преобладают закрытые поры. Предел прочности при сжатии изменяется от 50 до 300 МПа. Излившиеся магматические породы, как и глубинные, относятся к числу долговечных и весьма долговечных. Вследствие различия пористости они могут применяться как конструкционные и конструкционнотеплоизоляционные материалы. Характеристики магматических пород некоторых месторождений РФ приведена в табл. 2.1.  Применение глубинных и излившихся магматических пород в строительстве Магматические породы применяются в конструкциях и сооружениях, которые находятся в особенно неблагоприятных условиях и к ним предъявляются высокие требования по морозостойкости, износостойкости, долговечности. Объемы добычи и применения этих пород составляют миллионы тонн ежегодно. Транспортировка повышает цену на продукцию, поэтому обычно используют те горные породы, которые добывают в данном регионе. Из магматических пород получают следующие разновидности продукции. Щебень и песок, в том числе щебень и песок декоративные. Щебень получают дроблением массивных горных пород с последующим разделением на фракции по размерам зерен. Размер зерна обычно изменяется в пределах от 5 до 70 мм. Щебень применяется в качестве заполнителя в тяжелых (обычных) бетонах (в том числе декоративных), а также для устройства оснований под дорожные и аэродромные покрытия. Щебень из трахита, андезита и базальта используется в качестве заполнителя в кислотостойких бетонах. Бутовый камень. Размеры кусков изменяются от 150 до 500 мм. Регламентируются средняя плотность, прочность и морозостойкость горной породы. Применяют для фундаментов и стен зданий и сооружений, а также при возведении массивных бетонных сооружений. Облицовочные материалы. Блоки облицовочные из горных пород используются для производства изделий наружной и внутренней облицовки общественных, административных зданий, вокзалов и др. Регламентируются прочность, долговечность, морозостойкость, средняя плотность и водопоглощение горной породы. Плиты облицовочные изготавливаются распиливанием блоков и применяются для наружной и внутренней облицовки зданий и сооружений. Плиты имеют прямоугольную или квадратную форму длиной от 150 до 1500 мм, толщиной от 8 до 30 мм. Изделия архитектурно-строительные (пиленые и колотые). Это лестничные ступени, проступи, парапеты, плиты цокольные и накрывные, плиты подоконные. Лицевая поверхность таких изделий может быть полированной, лощеной (матовой), термообработанной, фактуры «скала», точечной и др. Камни бортовые предназначены для отделения проезжей части улиц от тротуаров и газонов. По форме камни подразделяются на прямоугольные и криволинейные, по способу изготовления - на пиленые и колотые. Обломочные магматические горные породы Магма, образовавшаяся в литосфере или мантии, содержит некоторое количество газов. При медленном охлаждении газы выделяются в атмосферу, при быстром охлаждении - вследствие повышения вязкости расплава образуют в горной породе поры. При извержении магмы в атмосферу образуется рыхлый обломочный материал - вулканический пепел, песок, пемза. С течением времени обломки могут цементироваться природными цементами (а также жидкой лавой) с образованием пористых массивных пород - туфов и туфовых лав. Обломочные породы состоят преимущественно из вулканического стекла, текстура - пористая, пористость достигает 60 % и более. Вулканический пепел и песок состоят из частиц размером до 1 мм и 5 мм соответственно. Применяются в качестве активной минеральной добавки в смешанных цементах - известково-пуццолановом и пуццолановом портландцементе. Пемза - обломочная порода, содержащая обломки, размером более 5 мм. Средняя плотность изменяется в пределах от 0,15 до 0,50 г/см3, теплопроводность - 0,13-0,23 Вт/(м-°С), насыпная плотность - 300-600 кг/м3, предел прочности при сжатии - 2-3 МПа. Используется как заполнитель в легких бетонах и в качестве активной минеральной добавки в смешанных цементах. Вулканический туф и туфовая лава - массивные пористые породы, содержащие 40-70 % пор, средняя плотность - 1,25-1,40 г/см3, теплопроводность - 0,20-0,35 Вт/(м°С), предел прочности при сжатии - 8-20 МПа. В РФ крупное месторождение туфа находится в Кабардино-Балкарии. Из туфов изготавливают пиленые стеновые камни размерами 390x190x188 мм, 490x240x188 мм и 390x190x288 мм с марками по прочности от 4 до 400, в том числе лицевые для кладки стен без последующей облицовки. Массивы туфов содержат дефекты - трещины, крупные полости, поэтому выход камней, соответствующих требованиям ГОСТа обычно не превышает 50 % добываемой горной породы. Обломки после дробления и сортировки используются в качестве заполнителя в легких бетонах (туфобетон) и как активная минеральная добавка. |
