> Техника, страница 39 > Горные породы
Горные породы
Горные породы, главные составные части земной коры. Г. п. 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, кариалит. сильвин, фосфорит, гипс).
Горные породы разделяются на три большие группы: 1) изверженные, 2) осадочные и 3) метаморфические.
1) Изверженные Г. и. образовались благодаря застыванию подземных расплавленных масс (магмы), причем, в зависимости от условий застывания, изверженные породы разделяются на глубинные (интрузивные) и и з л и в ш и е с я (эффузивные). Первые застыли медленно на большой глубине, благодаря чему расплавленная масса имела время и благоприятные условия (наличие минерализаторов) для кристаллизации (полнокристаллич. 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:
Ультракнслые, с содержанием SiOs выше <5%
Кислые » » » от 75—6.%
Средние » » » » 65—52%
Основные » » » о 52—40%
Ультраосновпые, с содержанием» менее 4о%
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 па-раллелепипедальную, 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.
Минералогия, состав. В образовании изверженных пород наиболее существенную роль играют следующие минералы: кварц, щелочные полевые шпаты (ортоклаз, микроклин, санидин), фельдишатои-ды (лейцит, нефелин, содалит, нозеан, гаю-ин), плагиоклазы (альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовпит, анортит), пиро-ксены, амфиболы, биотит, мусковит, оливин. Породы, богатые кварцем, полевыми шпатами и фельдшпатоидами, имеют в общем светлый цвет (породы л е и к о к р а т о в ы е) в отличие от пород темного цвета, богатых пироксеном, амфиболом, биотитом и оливином (породы мела и о к р а т о в ы е).
2) Осадочные породы образуются путем отложений продуктов механич. разрушения горн, пород (о б л о м о ч н ы е породы),— выпадения из растворов (химич. породы) или накопления органич. осадков известковых или кремневых раковин (о р г а и ого н-п не породы). Осадочные породы характеризуются слоистостью в отличие от изверженных пород, имеющих массивн. 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) Метамор ф и ч. 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 магиетитиым и красным железняком (Кривой Рог); кварциты и кремнистые сланцы; мраморы.
Технич. свойства Г. п. 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 килограмм/см2, средними—свыше 250—300 тсг/см2 и мягкими — ниже 250 тс г/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):
Диориты. 2 400 Кварциты.1300
Базальты.2 ьоо Трахиты и фонолиты 1700
Гнейсы.1 200
Известняки плотные сухие.1 100
Известняки мергелистые сухие.650
При расчетах сооружений берут от 1/1в до 1/i0времен, сопротивления на сжатие в зависимости от характера построек. Сопротивление пород на разрыв, изгиб и скалывание— обычно меньше сопротивления на сжатие. в) Вес единицы объёма (кг/м2) наиболее употребительных пород:
Булыжный камень:
крупный (0,16 пустот). 2 280
средний (0,22 » ).2 100
мелкий (0,32 » ).1 860
Граниты крупнозернистые .1 500
Граниты среднезерн. i 605 » мелкозерн. i 720 Порфиры.1 850
Бутолпя плита η укладке (с 0,3 пустот) 1 690
Гранит, в среднем.. 2 700
Сланец кровельный.. 2 700
Известняк плотный..-г оуо—2 080
» ракушечный.1 ооо
Мел в кусках..i 280
Песчаник..2 зоо—2 500
г) Пористость и в л а г о е м к о с т ь определяются взвешиванием кубиков породы в сухом и в насыщенном водой состоянии. д) Морозоупорност ь. Наличие г. 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) Стойкост ь н а выветрива н и е весьма существенна для пород, идущих на строительные цели. Острореберность и прочность обломков пород, пролежавших много лет в карьере, хорошие указателе прочности породы. ж) Породы, применяющиеся в а б рази о н н о и промышленности (песчаники, сланцы, песок, диатомит), должны обладать способностью «обдирать» обрабатываемую поверхность предмета. Для итого зерна породы (кварц) должен быть режущими и не должны быстро отполировываться.
Огромное значение Г. п. в жизни страны обязывает к тщательному их изучению. К плановому изучению пород Союза приступ-лено 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, а, Урала, литографского камня Грузии. См. Справочник физ., хам. и технолог, величии.
Лит.: Л е и и и с о н-Л с с с и я г Ф. 10., Петрография, Л. 1925;Лучицкий В. И. Курс петрографии, М., 1922: Камея, и строит, материалы, Л., сб. 1. 1 923, сб. 2, 1924; Г е и с л ер А. Н., Б е л я я и и н Д., Д о б р ы н и п а М. И. и Яхонтов Η. II. Карта месторождений каменных строит, материалов (с табл, испытаний), Л., 1925: Б о г д а и о в и ч К., Камеи, строит, материалы, СПБ. 1913; Г л и и к а К. Каменные строит, материалы, СПБ. 1891: Естественные минер, строит, материалы Европейской России, иод ред. с. Ф. VIалявкинаи П. А. Пальчинского (Крым., Ю.-В.). Л. 1924 — 25: Эвальд В. В., Строительные материалы, их приготовление, свойства и испытание, М. -Л., 1928: А р ш и нов В. В. Кровельные сланцы, «Минеральное сырье», М. 1926, 1927, «СП». „ Г. Топопьницкий.
Применение Г. п. в стеклоделии, основано на сходстве их составов с составом стеклянной массы. Самой ценной составной частью Г. п. 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% н 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 /°и высокую устойчивость в отношении кислот и щелочей. Последние три свойства делают стекла с большим содержанием глинозема весьма
| Название породы | SiO, | ПО, | ZrO, | A1*0, | FC1Oj | FcO | CaO | MgO | K.O | Na,0 | II,0 | Потери при пропал. |
| Г о р н u е п о р о д ы СССР: 1. Андезит ский. | 54,73 |
1.01 |
11.66 | 11.91 | 9.49 | 4,90 | 3,53 | 3,24 | ||||
| 2. Анортит ильменский. | 57,72 | 0,13 | — | 19.72 | 3,70 | — | 0,09 | 0,50 | 7,86 | 6,44 | — | — |
| 3. Марйуполит— Мариу- | ||||||||||||
| польский окр., УССР. | 62.53 | — | 1,08 | 18,72 | 3,26 | 0,34 | 0.54 | 0,08 | 0,79 | 11,77 | 0,68 | — |
| (. М наспит с Урала—Виш- | ||||||||||||
| новая гора. | 55,17 | — | — | 23.25 | 0.69 | 2,95 | 2.02 | 0,48 | 6.19 | 6.33 | 0,17 | — |
| s. Миаскит ильменский. | 58,36 | — | 0,13 | 22,36 | 2.30 | — | 2.08 | 0,62 | 6.11 | 8,17 | 0,06 | 0,50 |
| 6. Обсидиан из Эривани. | 74,03 | — | 0.44 | 15,01 | 1,08 | — | 1,44 | 0,84 | 1.84 | 5,76 | — | 0,23 |
| 7. Обсидиан (черный)изЗа- | ||||||||||||
| ья—Кеган-Даг. | 74.23 | — | — | 13.88 | 0.96 | 0.75 | 0.92 | 0,15 | 5,01 | 4.68 | — | — |
| 8. Пемза из Эривани. | 69.84 | — | — | 15,06 | 2.45 | — | 1,53 | 0.41 | 4 02 | 3,38 | — | 3,32 |
| 8:ι. Пемза из Эривани. | 62.26 | — | 0,37 | 14.71 | 1.01 | — | 2.24 | 0,02 | 4.02 | 4,02 | — | 4,24 |
| 9. Сиениты мурманские. | 54,30 | — | 0,99 | 23.14 | 2.57 | — | l.Ol | 0,58 | 7,70 | 8,52 | 0.22 | 1,15 |
| 10. Сиенит ильменский. | 62,14 | — | — | 18,74 | 3.39 | — | 2.17 | 0,70 | 6,05 | 6,23 | 0,10 | 0,32 |
| Горные породы заграниц ы: | ||||||||||||
| i. Базальт.. | 45,47 | _ | _ | 15.16 | 13.98 | — | 10,51 | 4,53 | 3,37 | 2,47 | 4,40 | — |
| 2. Гранит Пассау. | 73,13 | — | — | 10,50 | 3,16 | — | — | 1.12 | 9,04 | 1,80 | 0,45 | — |
| ::. Ортофнр Тейско, ю.-заи. | ||||||||||||
| Финляндия. | 67,40 | — | — | 15,62 | 3,15 | — | 1,87 | 0,56 | 7,10 | 2,51 | 0,50
1,29 |
— |
| 4. Сиениты Дрездена. | 59,83 | — | — | 16.85 | 2.31 | — | 4.43 | 2.61 | 6,57 | 2,44 | — | |
| 5. Трахит Драхеифельда. | 65,14 | — | — | 17,45 | 4.72 | — | 1.80 | 1,02 | 4,72 | 4,51 | 0,62 | |
| 6. Трахит Пыо - де - Дом, Овернь, Франция. | 6S,78 | _ | _ | 16.12 | 3,54 | 0,34 | 1,94 | 1,15 | 3,64 | 4,00 | 0,68 | |
| 7. Трахит Кельберг, Гер- | IS,28 | 0,84 | 1.50 | 0,80 | ||||||||
| мания .. | 65.01 | — | — | 0,83 | 4,34 | 6,79 | 0,74 | — | ||||
| 8. Фонолит Ренання. | 50,30 | — | 24.00 | 2,30 | 1,20 | 0,30 | 9,50 | 8,10 | 3,20 | - ! |
ионными. Недостаточное количество щелочей в Г. п. при высоком содержании глинозема может быть компенсировано при варке отекла соответствующей добавкой щелочноземельных окислов, например, СаО.
И стекольном производстве могут иметь применение Г. п., химический состав которых приведен в таблице (смотрите выше).
Первые опыты по применению Г. п. в стеклоделии были произведены в Германии Ф. Сименсом. В СССР в Государственном экспериментальном институте силикатов закончено подробное исследование, касающееся применения Г. п.—трахит-бештаулит района Минеральных вод. Государственный керамический исследовательский институт в Ленинграде исследовал нефелины-сиениты Мурманского района.
В настоящее время лля производства бутылок применяют следующий состав:
Фонолит.. 1 000,0 вес. ч.
Песок 750,0 » »
11звеотковый камень..415,0 » »
Сульфат.. 365,0 » »
Кокс 16,0 » »
В Англин з-д Stockton Bottle Works плавил следующий состав шихты для бутылочного стекла:
| Песок.. | вес. ч. | |
| Глина .. | » » | |
| Пав есть.. | 25,0 | » » |
| Мергель.. | 5,0 | О » |
| Во Франции завод St. | Juste sur Loire | получал |
стекло из нолевого шпата и витерита по следующему составу:
Полевой шпат. Витерит. мел.
Песок. юо,о вес. ч, 100,0 »> »
72.3 » »
94.3 » »
В России в 80-х годах вопросом об использовании Г. н. занимался проф. А. К. Крупский, производи опытные плавки стеила из финского гранита (рап-иакиви) по следующему составу:
Раппакиви.. 500,0 вес. ч.
Известняк..15о,о » »
Сола. 75,0 » »
В начале 90-х годов С. II. Петухов производил варки стекла из андезитов Боржомского имения следующего состава:
Андезит..100,0 вес. ч.
Песок20,0 » »
Известь..19,0 » »
Применение андезита практикуется и до сего времени на Боржомском бутылочном заводе, но, с введением в состав шихты щелочей,—по следующему рецепту:
вес. ч. %
Песок 150,0 36,23
Мел50,0 12,08
Мирабилит.. 86.0 20,77
Андезит 113.0 27,30
Перекись марганца..— 4.50
υ пилки— 10,50
Лит.: Петухов С. П., Опыт плавки стекла из андезитов Боржомского имения на е, «Записки Рус. техн. о-ва», 1891; Кита и городски и 11. 11. п Родин С. В., Горные породы в стеклоделии. Москва, 1928. И. Китайгородсний.