Сырьем для гиперпрессованного кирпича могут выступать различные материалы, в настоящей статье выполнен обзор магматических горных пород. Магматические горные породы формировались в результате застывания прорвавшейся в слои земной коры или на ее поверхность расплавленной магмы. Если магма застывала под землей (на большой глубине, где преобладали высокие температуры и давление), охлаждение шло медленно и такие породы назвали глубинными (интрузивными), если на поверхности – быстрее и породы назвали излившимися (эффузивными). Для глубинных магматических пород свойственно массивное сложение, для излившихся ‒ как массивное, так и пузырчатое, шлаковое и др. При работе на оборудование для производства кирпича и плитки можно использовать практически любые магматические горные породы измельченные до нужной фракции.
Магма (от греч. magma – густая мазь) это расплавленная масса преимущественно силикатного состава, образующаяся в глубинных слоях земли. По В. Н. Лодочникову магмой называется такая огненно-жидкая натуральная масса, которая, превращаясь при отвердевании в горную породу, не меняет в заметной степени своего объема. Магма, излившаяся на поверхность или в приповерхностных слоях (до 5 км), называется лавой (рис. 1) и, застывая, образует вулканические горные породы, наподобие андезитов, базальтов и др. Существуют и промежуточные породы.
Кроме того, при вулканической деятельности часто происходит взрыв, сопровождающийся образованием большого количества обломочного материала ‒ пепла и кусков остывшей лавы, т. е. излившиеся породы могут быть массивными и рыхлыми (обломочными).
Все магматические горные породы в большей или меньшей степени имеют кристаллическое строение и отличаются друг от друга размером зерна кристалла и химическим составом минералов. Поскольку глубинные застывают медленнее, структура у них полностью кристаллизуется, т. е. крупнокристаллическая. У излившихся она скрытокристаллическая, мелкозернистая или стекловидная, а иногда и полностью состоит из стекла. Но иногда в них встречаются и крупные кристаллы – вкрапленники.
Каждой глубинной породе соответствует излившаяся, того же химического состава. Являясь аналогом глубинных, излившиеся горные породы отличаются от них по структурным и текстурным параметрам.
Рис. 1. Вулканическая лава
Каждой глубинной породе соответствует излившаяся, того же химического состава. Являясь аналогом глубинных, излившиеся горные породы отличаются от них по структурным и текстурным параметрам.
Разнообразие горных пород объясняется совокупностью различных физико- химических процессов, которые происходили на значительных глубинах и вели к тому, что разные части (слои) магмы обогащались различными компонентами, образуя различные горные породы.
По содержанию кремнезёма магматические породы подразделяют на кислые (85...65% SiO2), нейтральные (65...52% SiO2) и основные (52...35% SiO2). Кислые породы богаты соединениями кремния, калия, натрия и отличаются более светлой окраской. Основные породы содержат больше кальция, магния, железа и окрашены в более тёмный цвет.
К глубинным породам относятся граниты, сиениты, диориты, габбро, лабрадориты и др.
Гранит (от лат.granitum – зерно) – самая распространённая в земной коре горная порода с ярко выраженной зернисто-кристаллической структурой (рис. 2). Состоит из кварца (20...40%), полевого шпата (40...60%), слюды (5...20%) и других минералов. В зависимости от их соотношения и прежде всего от главной составляющей (полевого шпата) гранит имеет цвет от серого до чёрного, в том числе розовый, тёмно-красный, зелёный и даже голубой. Лучшими строительными свойствами обладают граниты, содержащие больше кварца и меньше слюды. С увеличением содержания полевых шпатов гранит становится более вязким, но и более склонным к выветриванию. Благодаря высокой плотности гранит хорошо полируется, сохраняя зеркальный блеск поверхности в течение длительного времени и легко поддаётся тёске, что позволяет создавать различные фактуры.
Гранит обладает плотностью 2600...2800 кг/м3, морозостойкостью (более 200 циклов) и прочностью при сжатии – 120...300 МПа. Пористость гранита не превышает 14 1,5%, водопоглощение – 0,5%. Долговечность составляет 1000 и более лет. Вместе с тем гранит – хрупкая порода и недостаточно огнестойкая. При пожарах сравнительно легко растрескивается. Объяснить это можно различными коэффициентами температурного расширения отдельных его составляющих и анизотропностью строения.
Рис. 2. Гранит
В Республике Беларусь месторождения гранита имеются в Брестской области (г. п. Микашевичи). По цвету – от тёмно-серого до светло-серого с различной зернистостью. Применяется гранит преимущественно для внешней облицовки зданий и сооружений, для изготовления бортовых камней, ступеней, колон, в качестве напольного покрытия в больших залах, декоративных элементов в ландшафтном дизайне и как заполнитель для бетонов.
Из монолитного гранита больших объемов выполнен ряд уникальных сооружений – колонны Исаакиевского собора высотой 17 м, крупнейшая в мире Александровская колонна в Санкт-Петербурге высотой каменного ствола колонны 25,6 м и массой около 600 тонн, гранитные блоки массой до 80 тонн в пирамиде Хеопса и др. Самым же большим зданием, построенным из гранита, является дворец (монастырь) Эскориал эпохи Ренессанса, неподалеку от Мадрида (208х162 м). Зданию уже более 450 лет.
Сиениты (от названия горы в Египте – Сиено) отличаются от гранитов тем, что практически не содержат в своём составе кварца (в пределах 0...5%) и потому легче поддаются обработке. Образуются при кристаллизации магмы богатой К2О и бедной SiO2. Сиенит считается самым близким «родственником» гранита, однако превосходит его по утонченности и красоте. Цвет, как правило, более тёмный, чем у гранита, но может быть розовый, красный, светло-серый и даже белый. По плотности и прочности сиениты близки к гранитам, но менее устойчивы против выветривания. Сиениты с небольшим содержанием кварца называются граносиенитами. Применяются тоже как облицовочный камень и заполнитель для бетона.
Диорит (от фр. diorite – разграничиваю, различаю) состоит в основном из полевого шпата (75%) и цветных минералов (25%). Структура – от мелкозернистой до крупнозернистой, иногда порфировидная (рис. 3). Цвет диорита – от темно-зелёного до чёрного с зеленоватым оттенком. Порода твёрдая, не хрупкая и стойкая против выветривания, плотность – 2700...2900 кг/м3, прочность – 150...280 МПа. Отличительной особенностью этой породы является высокая вязкость. Поэтому диорит целесообразно применять при ударных нагрузках, например – мощении дорог. Применяется так же как облицовочный материал и для изготовления ступеней лестниц.
Рис. 3. Диорит
Диориты с небольшим содержанием кварца называются гранодиоритами. Гранодиорит – декоративный камень, сочетающий в себе прочность гранита и красоту мрамора.
Габбро (по названию местности в Италии Gabbro) – зернисто-кристаллическая порода (рис. 4). Имеет ту же структуру, что и гранит. Отличается высокой вязкостью, прочностью (80...350 МПа), декоративностью и стойкостью к выветриванию. Цвет от чёрного до темно-зелёного, иногда с пятнистой окраской. Истинная плотность породы почти равна средней плотности и составляет 2750...3250 кг/м3, пористость – 0,15...2,5%, водопоглощение – 0,02...0,7%. Применяется в качестве облицовочного и штучного камня, заполнителя для бетона, сырья для каменного литья и минеральной ваты, балластировки автомобильных дорог и железнодорожных путей. Разновидностью породы габбро является лабрадорит (рис. 5).
Рис. 4. Габбро
Основной составной частью лабрадорита (рис. 5) является минерал лабрадор, состоящий из натриевого и кальциевого полевых шпатов. Имеет массивную текстуру и зернисто- кристаллическую структуру. Цвет породы может варьироваться от серого (светлого) до серо-коричневого, почти чёрного. Обладает яркими переливами цветов: синего, голубого, зелёного, золотистого и др., что увеличивает декоративную ценность камня. Определить принадлежность горной породы к лабрадориту можно по синеватому отливу (иризации) на гранях слагающих кристаллов. Иризация может быть сплошной, но чаще локальной. Плотность породы составляет 2700...2860 кг/м3, пористость – 1,2...1,8%, прочность на сжатие – 40...160 МПа, водопоглощение – 0,14...0,21%.
Рис. 5. Лабрадорит
Наиболее красивые образцы этой породы имеются на полуострове Лабрадор, где во второй половине 18 века впервые была найдена эта порода. Используется в качестве ценного и красивого облицовочного камня.
Излившиеся (вулканические) горные породы образовались в результате вулканического извержения магмы, застывшей ближе к поверхности (в приповерхностных слоях до 5 км) или на самой поверхности земли при более низкой температуре и давлении. Из-за быстрого охлаждения магмы (лавы), такие породы закристаллизовались лишь частично. Они имеют, как правило, стеклообразную, скрыто- или мелкокристаллическую структуру, иногда на фоне крупных кристаллов. Такое строение горных пород называют ещё порфировым по аналогии с широко распространёнными среди этой группы пород порфирами. Наличие крупных вкрапленников на фоне мелкокристаллической структуры повышает декоративные качества такого камня, но понижает атмосферостойкость.
Излившиеся горные породы могут иметь как плотное строение (массивные породы), так и пористое (рыхлые и сцементированные). К массивным излившимся горным породам относятся порфиры, диабазы, базальты и др. По составу они являются аналогами глубинных горных пород, но отличаются по структуре и текстуре.
Порфиры (от греческого «порфиреос» – красный, пурпурный) по химическому составу и строительным свойствам близки к гранитам. Имеют две разновидности: кварцевую (аналоги гранитов) и бескварцевую (аналоги сиенитов). Отличаются от гранитов неоднородностью строения и наличием вкрапленников в мелкозернистой структуре. Вкрапленниками порфиров являются кварц, полевые шпаты и цветные минералы. Поэтому стойкость их к выветриванию ниже, а декоративные свойства выше, чем у гранитов. Наибольшей устойчивостью обладают кварцевые порфиры с плотной мелкокристаллической структурой. Цвет у порфиров – от красно-бурого до серого с различными оттенками, плотность – 2400...2500 кг/м3, прочность на сжатие – 120...130 МПа. Из порфиров изготовляют облицовочные плиты (рис. 6), щебень и штучный камень в дорожном строительстве.
Рис. 6. Кварцевые порфиры в отделке сооружений
Базальт по химическому составу является аналогом габбро (рис. 7). Состоит в основном из минералов полевого шпата и авгита или оливина. Название «базальт» произошло по одной из версий от эфиопского «базал» ‒ железосодержащий камень, по другой версии – кипячёный. Цвет базальтов обычно темно-серый, чёрный или зеленовато-чёрный, структура – скрытокристаллическая порфировая. Размер вкрапленников может достигать нескольких сантиметров в длину и составлять до 20% от массы породы.
Рис. 7. Базальтовые месторождения
Для базальтов характерна ещё столбчатая, реже шаровидная отдельность (структура), формируемая при неравномерном затвердевании лавы.
Физико-механические свойства базальтов весьма разнообразны, что объясняется разной пористостью породы (от 0,6 до 19%). Плотность их составляет 2600...3300 кг/м3, водопоглощение – 0,15...10%, прочность на сжатие – 110...500 МПа, температура плавления – 1100...1250°C. Базальт ‒ твёрдая порода, с трудом поддаётся обработке, но хорошо полируется. Высокая прочность и относительно низкая температура плавления обусловили применение базальта в качестве основного сырья для каменного литья и производства минеральной ваты (каменной или базальтовой ваты). Плавленый базальт имеет более высокую прочность (до 800 МПа) и долговечность. Применяется также как облицовочный материал, заполнитель для бетона и в дорожном строительстве.
Диабаз (от фр. диабаз – сокращённое «дважды базальт») тоже является излившимся аналогом габбро. Отличается высокой твёрдостью, вязкостью, долговечностью и относительно невысокой температурой плавления – 1200...1300°C. Сравнительно легко поддаётся колке и полировке. Обладает низкой истираемостью и поэтому является хорошим материалом для устройства дорожных покрытий и получения высокопрочного щебня.
Используют диабаз также в качестве сырья для каменного литья. Прочность плавленого диабаза возрастает в 2 – 2,5 раза (500 МПа против 200...300 МПа). Плавленый диабаз также стоек к кислотам и щелочам.
Перлит – это природное вулканическое стекло, обогащённое водой, т. е. это застывшее вулканическое стекло излившихся пород, которые вышли на поверхность по трещинам в земной коре. По текстуре напоминает жемчуг, что и определило название (от фр. perle – жемчуг). Содержание воды в нём колеблется в очень широких пределах от 1 до 12% и выше. После измельчения и термообработки получают сыпучий пористый материал насыпной плотностью от 80 до 600 кг/м3 (рис. 8, а). Вспученный перлит применяют как заполнитель при изготовлении легких бетонов и растворов, тепло- и звукоизоляционных материалов.
Рис. 8. Вспученные перлит (а) и вермикулит (б)
Наряду с плотными образуются и пористые разновидности таких пород преимущественно из частиц раздробленной лавы, выбрасываемой вулканами или лавы, насыщенной газами. Такие породы могут быть рыхлыми (вулканический пепел, песок, пемза) и сцементированными (вулканические туфы, трассы, туфовая лава). Последние образовались в результате цементации и уплотнения вулканических пеплов и других твёрдых зернистых материалов. Связующим служили вулканический пепел, кремнезём, глина и продукты разложения пепла.
Вулканический пепел – порошкообразные частицы вулканической лавы, состоящие, в основном, из мельчайших обломков вулканического стекла (аморфного кремнезёма), кристаллических зёрен кварца и других минералов. Происхождение пепла объясняется размельчением лавы при вулканических взрывах. Рыхлые массы (образования) с крупностью частиц до 2 мм называют вулканическим пеплом, от 0,16 до 5 мм – вулканическим песком и более 5 мм – пемзой (рис. 9). Применяются в качестве активной минеральной добавки к вяжущим веществам (цемент, известь) и как заполнители для лёгких бетонов.
Рис. 9. Вулканические пепел, песок и пемза
Пемза – образовалась при быстром охлаждении магмы и интенсивном выделении из неё газов, вспучивающих массу. Быстрое охлаждение вспученных кусков магмы привело к образованию стекловидной пористой породы. Состоит в основном из аморфного кремнезёма (до 70%) и глинозёма (до 15%). Пустотность – до 80%, плотность 400...600 кг/м3 (пемза плавает в воде), прочность на сжатие до 4 МПа. Замкнутость пор обеспечивает низкое водопоглощение и достаточно высокую морозостойкость. Залегает она в виде обломков размером 5...50 мм и более (рис. 2.19). Используют пемзу как заполнитель для легких бетонов и растворов, гидравлическую добавку к цементам, в качестве тепло- и звукоизоляционного, шлифовального и другого рода материалов.
Вулканический туф – это мелкопористая порода, состоящая из вулканического пепла и пемзы, уплотнённых и сцементированных. Степень уплотнения зависит от условий залегания. Вулканический туф характеризуется значительной пористостью (50...70%), низкой плотностью (1200...1300 кг/м3) и теплопроводностью, достаточной прочностью, долговечностью и хорошо обрабатывается. Применяется как стеновой материал в виде блоков и облицовочных плит. Отходы при этом используются в качестве заполнителей для лёгких бетонов. Тонкоизмельчённые туфы используют в качестве гидравлической добавки к минеральным вяжущим веществам. Наиболее уплотнённые (камневидные) туфы называют вулканическими трассами.
Туфовые лавы образовались при быстром вспенивании изливающихся лав, резком падении давления и одновременном примешивании к ней разнообразного вулканического материала (пепла, песка). Количественное соотношение лавы и твёрдого обломочного материала в ней варьируется в различных пределах, что приводит к образованию многообразных по составу, строению, окраске и физико- механическим свойствам пород (рис. 10).
Туфы и туфовые лавы залегают массивами и используются для производства стеновых камней, крупных блоков, в качестве заполнителя и активной минеральной добавки.
Рис. 10. Туфовая лава и вулканический туф
