Горные породы

Горные породы

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ, главные составные части земной коры. Горные породы играют огромную роль как естественный строительный камень (гранит, гнейс, песчаник, мрамор, известняк), как материал для мощения дорог (булыжный камень, диабаз, базальт, кремень, кварцит), для железобетонного строительства (гравий, песок), в производстве фарфора, кирпича, цемента, динаса и стекла (каолин, глины, известняки, мергеля, трассы, песчаники, пески, кварциты), в химической промышленности (каменная соль, карналит, сильвин, фосфорит, гипс).

Горные породы разделяются на три большие группы: 1) изверженные, 2) осадочные и 3) метаморфические.

1) Изверженные горные породы образовались благодаря застыванию подземных расплавленных масс (магмы), причем, в зависимости от условий застывания, изверженные породы разделяются на глубинные (интрузивные) и излившиеся (эффузивные). Первые застыли медленно на большой глубине, благодаря чему расплавленная масса имела время и благоприятные условия (наличие минерализаторов) для кристаллизации (полнокристаллическая структура).

Породы, излившиеся на земной поверхности и на дне морей, застывали быстро, почему кристаллизация их не полная, и в них мы имеем переход от структур порфировых до стекловатых (вулканическое стекло). По содержанию кремнекислоты изверженные породы делятся на:

По содержанию кремнекислоты изверженные породы делятся

Форма залегания глубинных пород - жилы, штоки, лакколиты, батолиты; для излившихся - потоки, покровы.

Отдельность. Наличие в породе трещин или направлений, по которым порода легко раскалывается и выветривается, носит название отдельности. Различают параллелепипедную, столбчатую, шаровую и глыбовую отдельности. Легче всего отдельность наблюдать на естественных обнажениях пород, подвергшихся продолжительному выветриванию. Определение характера отдельности крайне существенно для разработки и использования породы, так как, в конечном итоге, она определяет величину добываемых монолитов камня.

Минералогический состав. В образовании изверженных пород наиболее существенную роль играют следующие минералы: кварц, щелочные полевые шпаты (ортоклаз, микроклин, санидин), фельдшпатоиды (лейцит, нефелин, содалит, нозеан, гаюин), плагиоклазы (альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит), пироксены, амфиболы, биотит, мусковит, оливин. Породы, богатые кварцем, полевыми шпатами и фельдшпатоидами, имеют, в общем, светлый цвет (породы лейкократовые) в отличие от пород темного цвета, богатых пироксеном, амфиболом, биотитом и оливином (породы меланократовые).

2) Осадочные породы образуются путем отложений продуктов механического разрушения горных пород (обломочные породы), - выпадения из растворов (химические породы) или накопления органических осадков известковых или кремневых раковин (органогенные породы). Осадочные породы характеризуются слоистостью в отличие от изверженных пород, имеющих массивное сложение. По мере накопления осадков происходит их уплотнение; так, рыхлый ракушечник, отложившийся на дне моря, слеживается в ракушечный известняк, поры заполняются кальцитом, и постепенно может образоваться плотный известняк.

3) Метаморфические породы (кристаллические сланцы) происходят как из изверженных, так и из осадочных пород, благодаря последующему их изменению. Главнейшие метаморфические породы: гнейсы, слюдяные сланцы и филлиты; известковые и магнезиальные сланцы; железистые сланцы, богатые магнетитным и красным железняком (Кривой Рог); кварциты и кремнистые сланцы; мраморы.

Технические свойства горных пород.

а) Твердость, или сопротивляемость истиранию, имеет значение для пород, используемых для изготовления тротуаров, ступеней, полов, мостовых. Породы должны быть однородны, чтобы при долгом употреблении не образовывались неровности. Сопротивление истиранию определяется шлифованием наждачным порошком испытываемого образца на круге стирания (200 об/мин., поверхность стирания - 50 см2). Твердость шоссейного щебня определяется испытанием образцов во вращающихся барабанных аппаратах по потере в весе взятой щебенки и количеству образовавшейся мелочи и муки.

б) Крепость. Породы, идущие на строительство, обязательно испытываются на временное сопротивление сжатию. Крепкими считаются породы, обладающие временным сопротивлением на сжатие свыше 750 кг/см2, средними - свыше 250—300 кг/см2 и мягкими - ниже 250 кг/см2. Испытание производят опытным раздавливанием нескольких кубиков из данной породы (ребро куба 7 или 10 см). Средние величины для временного сопротивления на сжатие для различных пород следующие (в кг/см2):

Средние величины для временного сопротивления на сжатие для различных пород

При расчетах сооружений берут от 1/10 до 1/40 временного сопротивления на сжатие в зависимости от характера построек. Сопротивление пород на разрыв, изгиб и скалывание -  обычно меньше сопротивления на сжатие.

в) Вес единицы объема (кг/м3) наиболее употребительных пород:

Вес единицы объема наиболее употребительных пород

г) Пористость и влагоемкость определяются взвешиванием кубиков породы в сухом и в насыщенном водой состоянии.

д) Морозоупорность. Наличие в породе пор значительно ухудшает качество камня, так как заполнение пор водой и последующее замерзание быстро разрушают породу. Морозоупорной считают породу не потерявшую прочности при 25-кратном замораживании и оттаивании.

е) Стойкость на выветривание весьма существенна для пород, идущих на строительные цели. Острореберность и прочность обломков пород, пролежавших много лет в карьере, хорошие указатели прочности породы.            

ж) Породы, применяющиеся в абразивной промышленности (песчаники, сланцы, песок, диатомит), должны обладать способностью «обдирать» обрабатываемую поверхность предмета. Для этого зерна породы (кварц) д. б. режущими и не должны быстро отполировываться.

Огромное значение горных пород в жизни страны обязывает к тщательному их изучению. К плановому изучению пород Союза приступили не так давно; из тех данных, которые получены, можно заключить, что многое ввозимое из-за границы мы можем заменить отечественными породами; так, успешно развивается добыча онежской диабазовой брусчатки, мрамора Урала, кровельных сланцев Кривого Рога, Кавказа, Урала, литографского камня Грузии.

Применение горных пород в стеклоделии, основано на сходстве их составов с составом стеклянной массы. Самой ценной составной частью горных пород являются щелочи, содержание которых колеблется от 5 до 17%. Из остальных составных частей они содержат окиси железа в пределах от 1,0 до 14%, окиси алюминия от 12 до 25% и щелочноземельные окислы (окись кальция и магния) в количестве от 1,0 до 5%. Окись железа придает стеклу более или менее сильное окрашивание в зеленый цвет, а в избыточных количествах является плавнем. Окись алюминия придает стеклу значительную вязкость и твердость, большую стойкость при механических воздействиях и при резких изменениях температуры и высокую устойчивость в отношении кислот и щелочей. Последние три свойства делают стекла с большим содержанием глинозема весьма ценными. Недостаточное количество щелочей в горных породах при высоком содержании глинозема может быть компенсировано при варке стекла соответствующей добавкой щелочноземельных окислов, например, СаО.

В стекольном производстве могут иметь применение горные породы, химический состав которых приведен в табл.

Химический состав горных пород применяемых в стекольном производстве

Первые опыты по применению горных пород в стеклоделии были произведены в Германии Ф. Сименсом. В СССР в Государственном экспериментальном институте силикатов закончено подробное исследование, касающееся применения горных пород - трахит-бештаулит района Минеральных вод. Государственный керамический исследовательский институт в Ленинграде исследовал нефелины-сиениты Мурманского района.

В настоящее время для производства бутылок применяют следующий состав:

Для производства бутылок применяют следующий состав

В Англии завод Stockton Bottle Works плавил следующий состав шихты для бутылочного стекла:

Состав шихты для бутылочного стекла

Во Франции завод St. Juste sur Loire получал стекло из полевого шпата и витерита по слудующему составу:

Стекло из полевого шпата и витерита по слудующему составу

В России в 80-х годах вопросом об использовании горных пород занимался профессор А. К. Крупский, производя опытные плавки стекла из финского гранита (раппакиви) по следующему составу:

Профессор А. К. Крупский, производил опытные плавки стекла из финского гранита (раппакиви) по следующему составу

В начале 90-х годов С. П. Петухов производил варки стекла из андезитов Боржомского имения следующего состава:

Стекла из андезитов Боржомского имения следующего состава

Применение андезита практикуется и до сего времени на Боржомском бутылочном заводе, но, с введением в состав шихты щелочей, - по следующему рецепту:

Gornye porody 10

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 - 1929 г.