Метаморфические Породы, Как Материал Для Производства Кирпича

Метаморфические (от греч. metamorfo – превращать) горные породы образовались в результате видоизменения или геологических преобразований магматических или осадочных горных пород под воздействием тектонических процессов, высокого давления, температуры, газов, водных минеральных растворов и возможных химических процессов. По структуре их подразделяют на массивные или зернистые (кварциты, мрамор) и сланцеватые (гнейсы, глинистые сланцы). Часть метаморфических пород используют как материал для производства гиперпрессованного кирпича. Данный обзор горных пород будет полезен сотрудникам предприятий специализирующихся на выпуске гиперпрессованных изделий и имеющие оборудование для производства кирпича и плитки.

Гнейсы (от нем. Gneis) образовались из горных пород гранитного типа и некоторых осадочных (рис. 1). Состоят в основном из калиевого полевого шпата, кварца, плагиоклаза и темноцветных минералов. По цвету – светлоокрашенные, серые, красноватые и других оттенков. Текстура – полосчатая, сланцеватая, структура – полнокристаллическая, разнозернистая. Строение – слоистое, и поэтому легко раскалываются вдоль слоёв и с трудом в перпендикулярном направлении. По свойствам гнейсы близки к гранитам, но менее декоративны и менее долговечны. Плотность их составляет 2400...2800 кг/м3, а прочность 100...200 МПа. Используются для устройства фундаментов, в качестве щебня и облицовочного камня.

Рис. 1. Гнейсы

Сланцы характеризуются ориентированным расположением породообразующих минералов и способностью раскалываться на тонкие пластины или плитки толщиной 3...10 мм (рис. 2). Образовались в результате метаморфизма магматических и осадочных горных пород (сильно уплотнившихся глин). Имеют чёрный или тёмно- серый цвет. Наибольшее применение в строительстве получили кремнистые и глинистые сланцы. Используются в наружной и внутренней облицовке стен, полов и в качестве кровельного материала (природный шифер).

Рис. 2. Сланцы

Кварциты – метаморфическая разновидность кремнезёмистых песчаников и других кремнистых отложений. Образовались в результате их перекристаллизации. Кварциты весьма прочные и плотные горные породы. Прочность на сжатие достигает 400 МПа, плотность 2800...3000 кг/м3, водопоглощение менее 0,2%. Обладают высокой твёрдостью, малой истираемостью и большой долговечностью – более 500 лет. Хорошо полируются. Бывают тёмно-вишнёвого, красного, лилового, белого, серого и зелёного цветов. Кварцит считается очень красивым камнем, особенно малиново-красные и темно-вишнёвые его разновидности. Используются для наружной облицовки монументальных зданий и других сооружений повышенной долговечности.

Разновидностью кварцита является яшма. Это очень богатый декоративный камень с узорчатым рисунком тёмно-красной, желтовато-зелёной или чёрной окраски. Используется в качестве прочного декоративного и поделочного материала.

Мрамор (marmaros в переводе с греческого означает «блестящий камень» и латинского «marmor» – каменная глыба) образовался в результате перекристаллизации известняков и доломитов под воздействием высоких температур и огромных давлений. В силу своих характеристик, используется для производства гиперпрессованного кирпича не так часто как гранит, но все же встречается на кирпичных заводах. Цвет и текстура мрамора определяются в основном сочетанием различных минералов и их распределением в массиве породы (рис.3). Чистый белый мрамор более чем на 50% состоит из минерала кальцита и, если в породе содержится небольшое количество других минералов, мрамор имеет классический светлый оттенок от жемчужного до молочно-белого. В зависимости от содержания примесей он может быть самых разнообразных цветов и оттенков: золотисто-чёрный, сероватый, красный, коричневый, зелёный, голубой и др. Неравномерное распределение примесей в мраморе создаёт окраску с разными узорами и прожилками и повышает декоративные качества.

Отличительными особенностями мрамора являются высокие плотность (1900...2900 кг/м3) и прочность на сжатие (до 250 МПа), малое водопоглощение (до 0,7%) и небольшая твёрдость (3 – по шкале Мооса). Поэтому, мрамор легко поддаётся обработке: хорошо пилится на тонкие плиты, легко шлифуется и полируется. В природе имеется много разновидностей мрамора. Самые большие месторождения и наиболее дорогие породы располагаются в Италии.

Рис. 3. Разновидности мрамора

Применяется мрамор в качестве строительного и декоративного материала для оформления интерьеров зданий и сооружений, внутренней облицовки стен, изготовления лестничных ступеней. Из мрамора производят сантехнику, столешницы, фонтанные композиции и другие изделия различного назначения. Отходы в виде крошки применяют для изготовления мозаичных полов, цветных штукатурок и облицовочного декоративного бетона. Для наружной облицовки мрамор применять, как правило, не рекомендуется, т.к. под воздействием влаги и других атмосферных факторов теряет со временем свои декоративные качества.

Асбест ‒ (греч. ἂσβεστος ‒ неразрушимый) название собирательное, объединяющее разные по химическому составу и минералогическому строению силикатные материалы тонковолокнистого строения. Практически не используется в производстве гиперпрессованного кирпича. В природе встречается в виде нескольких разновидностей. Наибольшее применение в строительстве получил хризотил-асбест (белый асбест). Обладает способностью расщепляться на тонкие гибкие и эластичные волокна и распушаться в тонковолокнистую массу подобно льняной или хлопковой, пригодной для изготовления несгораемых тканей (рис. 4).

Длина пучков волокон может достигать нескольких сантиметров, а диаметр не превышать 1 мм (до 0,0001 мм). Используется в асбестоцементной промышленности (кровельные материалы, трубопроводы) и в производстве теплоизоляционных материалов. Для изготовления асбестоцементных изделий применяют асбест с длиной волокон 2...8 мм.

 Рис. 4. Асбест (горный лен), хризотил-асбест в породе и распушенный

Мрамор по названию происходит от слова marmaros, что означает блестящий камень. Он представляет собой полнокристаллическую метаморфическую карбонатную или магнезиально-карбонатную горную породу. В практике принято мрамором называть те карбонатные породы, в которых простым глазом можно различить отдельные кристаллы слагающего его карбоната или доломита. В большинстве случаев мрамор содержит большое количество примесей других минералов, таких как полевой шпат, лимонит, гематит, пирит, халцедон, кварц и другие, а также органических соединений, различно влияющих на качество мрамора. Например, включения кварца затрудняют распиловку и полировку мрамора. Химический состав пород группы мраморов приведен в таблице на рис. 5.

Рис. 5. Химический состав мраморов

Физико-механические свойства мраморов по усредненным данным, следующие: плотность 1900-2800 кг/м3, сопротивление сжатию 100-250 МПа, прочность излому 10-30 МПа, твердость 3-4, пористость до 1%, водопоглощение 0,15-0,50%.

Окраска мрамора зависит от содержания в нем примесей. Наиболее ценными видами мраморов являются белые однородные мраморы. Скульптурный и статуарный мраморы имеют способность пропускать свет на некоторую глубину и создавать оттенки. Это свойство мрамора называется просвечиваемостью. Розоватость же мрамора как бы оживляет сделанные из него скульптуры. Наличие в мраморе лимонита придает ему лимонно-желтый и бурый цвет, гематита - красные цвета, графита - черные и серые. Из цветных мраморов наибольшее распространение имеют белые мраморы с черными и серыми неправильными полосами. Специалистами также высоко ценится черный мрамор с золотыми жилками, образованными бурожелезняковыми включениями. Зелеными мраморы не бывают, встречающиеся близкие к ним породы - это змеевики.

Структура мрамора очень декоративная: полосчатая, слоистая, конгломератовая, брекчиевидная, из которых наиболее часто встречается конгломератовая, разделяющаяся, как видно из рис. 6, на конгломератовую с зубчатой связью зерен и конгломератовую с мозаичной связью зерен.

Рис. 6. Микроструктура мрамора: а - с зубчатой связью крен; б - с мозаичной связью зерен

Мраморы принадлежат к метаморфическим горным породам. Они образовались из известняков, видоизмененных в результате тектонических движений земной коры, под действием высокого давления и температуры. Очень часто мраморы содержат большое Количество примесей других минералов, таких как пирит, Полевой шпат, кварц, халцедон, гематит и другие, а также органические соединения, которые оказывают различное влияние на его качество.

Наилучшей полируемостью и наибольшей прочностью характеризуются мелкокристаллические мраморы с зубчатой связью зерен. Наиболее уникальными считаются Коелгинское месторождение белого мрамора, Уфалейское и Рускеальское серо-полосчатого, Кибик-Кордонско розового, Газганское кремово-желтого, Молитское красного, Давалуйское черного и многие другие.

Близкими к мрамору являются кальцифиры. Кальцифир состоит из карбоната (спайность по ромбоэдрy), скаполита, калиевого полевого шпата и плагиоклаза, образующих более или менее изометричные ксенобластовые зерна различных размеров от 0,1 до 1 мм, а также диопсида. Для кальцифира характерно, что в местах соприкосновения карбоната и плагиоклаза наблюдаются реакционные каемки скаполита (тонкие густые точки). Порода характеризуется гетерогранобластовой структурой с реакционными каемками, которая графически изображена на рис. 7.

Рис. 7. Схематическое изображение структуры кальцифира (Негребовское месторождение мрамора Украины): 1 - скаполит; 2 - диопсид; 3 - калиевый полевой шпат; 4 - плагиоклаз

Гнейс - метаморфическая порода, состоящая преимущественно из калиевого полевого шпата, кварца, плагиоклаза и темноцветных минералов, преимущественно таких, как роговая обманка, пироксены, слюды. Порода характеризуется параллельно-сланцевой, часто тонкополосчатой текстурой и порфиробластовыми, пойкилобластовыми и гранобластовыми структурами. Из второстепенных минералов в породе присутствуют дистен, силлиманит, кордиерит, гранат. Мигматит содержит, как правило, следующие акцессорные минералы: рутил, апатит, циркон, сфен, магнетит, а также карбонаты. По характеру исходных пород выделяют ортогнейсы и парагнейсы. Ортогнейсы образовались в результате глубинного метаморфизма магматических пород (в основном вулканических), а парагнейсы возникли за счет глубинного метаморфизма осадочных пород. По минеральному составу гнейсы разделяются на следующие разновидности: биотитовые, мусковитовые, двухслюдяные, амфиболовые, пироксеновые и плагиогнейсы, у которых плагиоклаз резко преобладает над калиевым полевым шпатом.

В особый петрографический вид выделяют щелочные гнейсы, содержащие щелочные пироксены и амфибиолы. Значительно реже встречаются скаполитсодержащие, анортозитовые, корундосодержащие и графитоидные гнейсы.

По структурам и текстурам гнейсы различают очковые, ленточные, древовидные и листовые.

Плотность гнейсов составляет 2650-2870 кг/м3, пористость 0,5-3,0%, водопоглощение 0,2-2,3%. В качестве облицовочного камня используются наиболее плотные разновидности гнейсов, наибольшие запасы которых расположены в Карелии и на Украине.

Бесполевошпатовые гнейсы хорошо раскалываются на пластинки (эта особенность называется сланцеватостью). Породам с полевыми шпатами свойственна полосчатость. В отличие от других пород гнейсы лего раскалываются, хорошо принимают полировку.

Близкими к гнейсам породами и сравнительно редкой группой являются чарнокиты и Эндербиты. Эти породы возникли путем слияния темного мелкозернистого пироксен-плагиоклазового гнейса и мелкозернистого плотного габбро-норита (чарнокиты) или пироксенплагиоклазового гнейса с лабрадоритом (эндербиты). Глубинный метаморфизм магматических пород типа гранитов образовал мигматит, что в переводе с древнегреческого означает смешанный камень. В любом мигматите - полосчатом, линзовидном, ветвистом, сетчатом видно два материала - гранитный и метаморфический.

Мигматиты характеризуются более высокими по сравнению с гнейсами физико-механическими характеристиками. Главные текстурные разновидности мигматитов - это агматит, адергнейс (полосчатый гнейс), артерит, небулит, диктионит, стиктолит.

Гнейсы и мигматиты имеют удельный вес 2,61-2,71 Н/м, пористость 0,77-4,52%, водопоглощение 0,1-0,3%, предел прочности сжатию в сухом состоянии 754-1790 Па. Эти породы являются морозостойкими, хорошо обрабатываются, полируются, могут использоваться для внутренней и наружной облицовки.

Кварцит представляет собой метаморфическую горную породу, сложенную в основном зернами кварца, макроскопически неразличимыми между собой и сливающимися в сплошную плотную массу с раковистым или занозистым изломом. Кварциты по содержанию в них других минералов разделяют на слюдистые, гранатовые, роговообманковые. Они образовались путем перекристаллизации кварцевых песчаников в процессе регионального метаморфизма. К этой группе относятся также горные породы, образовавшиеся из кремнеземистых гелей хемогенного происхождения, которые не представляют большого интереса как облицовочные камни и являются ценным сырьем для металлургов. Кварциты характеризуются большим содержанием SiO, (95-99%), высокой огнеупорностью (до 1800°С) и механической прочностью.

Кварциты, в основном, залегают в виде больших пластовых тел среди разнообразных метаморфических горных пород. Помимо использования кварцитов в качестве облицовочного камня, они пригодны для производства динасовых огнеупорных изделий, для получения металлического кремния и его сплавов, а также в качестве флюса в металлургии. Особой разновидностью этой породы является вторичный кварцит, представляющий собой метасоматическую горную породу, состоящую из кварца с примесью серицита, пирофиллита, каолинита, гематита, алунита, корунда и других минералов. Залежи вторичных кварцитов формируются в результате относительно низкотемпературного метасоматического преобразования кислых и средних эффузивных пород, значительно реже интрузивных кислых пород и их туфов.

Залежи вторичных кварцитов имеют, как правило, неправильную форму геологических тел, представленных грибообразными телами, жилами. Вторичные кварциты отличаются чрезвычайно высокой прочностью и могут также использоваться для изготовления каменных технических изделий, таких как жернова, поды, абразивные круги и других. Кварциты плохо пилятся, хорошо полируются, могут использоваться в наружной и внутренней облицовке, характеризуются однородностью цвета и рисунка, весьма долговечны и применяются для строительства особо уникальных зданий и архитектурных сооружений. Наиболее ценным облицовочным кварцитом является кварцит Шокшинского месторождения в Карелии.

К ценным облицовочным породам осадочно-метаморфического комплекса относятся мраморизованные известняки и серпентины. Месторождения мраморизованных известняков в геоструктурном отношении приурочиваются к определенным горным сооружениям Карпат, Горного Крыма, Кавказа, Волыно-Подольской плиты и другим.

Мраморизованные известняки имеют пористость от 0,1 до 7,0%, водопоглощение 0,4-0,5%, предел прочности при сжатии в воздушно-сухом состоянии 90-130 МПа. Характер структуры в мраморизованных известняках зависит от содержания пироксена, оливина и степени их серпентинизации. Чаще всего характерны для известняков структуры петельчатые, решетчатые и волокнистые.

Для крупнозернистых известняков с размерами зерна 2-4 мм характерна гранобластовая структура - зубчатая или мозаичная, т. е. с прямолинейными контурами составляющих породу зерен, а также равномернозернистая, т. е. гомеобластовая или гетеробластовая. Встречаются известняки скарнового типа, у которых очень сложные и разнообразные структурные взаимоотношения минералов.

Мраморизованные известняки имеют самые разнообразные расцветки хроматического и ахроматического ряда. Окраска известняка зависит от содержания в нем минеральных примесей. Мраморизованные известняки хорошо распиливаются, полировку принимают в равной степени (отдельные разновидности известняков полируются хорошо, некоторые удовлетворительно).

Зеленые мраморизованные известняки и мраморы называют еще серпентинами (змеевиками, офитами). Эти породы характеризуются значительной вязкостью и красотой сочных тонов от зеленовато-желтого (офит) до темно-зеленого, почти черного.

Из них изготовляют различные поделки, а также облицовочную плиту небольшого формата для декоративно-облицовочной мозаики.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались из магматических и осадочных путем их преобразования под влиянием высокой температуры и давления. В строительстве применяют гнейсы, глинистые сланцы, мраморы, кварциты.

• Гнейсы по минералогическому составу являются аналогами гранита и имеют сланцевое строение. Используют гнейсы преимущественно как облицовочные плиты, в виде бутового камня для кладки фундаментов и стен неотапливаемых зданий, для тротуаров.
• Глинистые сланцы состоят из уплотненных сланцевых глин. Цвет темно-серый, иногда черный. Глинистые сланцы раскалываются на тонкие плитки, обладают высокой атмосферостойкостью и долговечностью, что позволяет использовать их в качестве кровельного материала.
• Мрамор кристаллическая порода, образовавшаяся из известняков или доломитов. Кристаллы соединены без цементирующего вещества. Прочность мрамора до 300 МПа. Твердость небольшая 3,0...3,5. Он сравнительно легко пилится на плиты и хорошо полируется. Применяют мрамор для облицовки внутренних частей зданий, так как снаружи зданий полировка быстро утрачивается. Это объясняется слабой химической стойкостью мрамора при воздействии на него атмосферы.
• Кварциты метаморфическая разновидность кремнистых песчаников с перекристаллизованными и сросшимися зернами кварца, так что цементирующее вещество неразличимо. Кварциты стойки против выветривания, прочность достигает 400 МПа. Используют кварциты для облицовки зданий, опор мостов, а также как сырье для производства динасовых огнеупорных изделий.