Метаморфические горные породы

Некоторые технические каменные материалы

Технические каменные материалы

Происхождение этих материалов связано с технической деятельностью человека, в частности со строительным производством Они в известной мере являются аналогами природных горных пород. Эти материалы изучает техническая петрография, которая является специальной отраслью классической геологической петрографии.

К техническим каменным материалам относятся керамические изделия: бетон, абразивы, стекла, различные огнеупоры (шамот, динас и др.), различные шлаки, цементы и др. (табл. 7) Большинство из них занимает важное место в строительстве и связано с производственной деятельностью инженеров-строите­лей. Главными задачами инженеров в исследовании технических камней является изучение их минерального состава и структур, знание химических, физических и физико-химических характери­стик отдельных минералов, входящих в различные технические каменные материалы. Все это нужно использовать для установле­нии свойств технических материалов и поисков новых материалов, необходимых для дальнейшего развития строительного производства.

Происхождение искусственных технических камней (материалов).По характеру процессов образования они во многом аналогичны природным процессам (генезису), в которых формируются мине­ралы и горные породы. Так, шамот, фарфор, динас, керамика и цементный клинкер образуются примерно в таких же условиях, как метаморфические породы; доменные шлаки, глиноземистый цемент, различные стекла, абразивный корунд формируются как излившиеся (эффузивные) магматические породы, а бетон и силикатный кирпич — как сцементированные породы осадочного происхождения.

Таблица 7

Группа материалов	Материал	Основной минеральный состав	Структура
Вяжущие ве­щества	Портландце­мент	Алит, белит, примесь пе-риклаза и свободной изве­сти	Кристалличе­ская, зернистая
	Глиноземистый цемент	Моноалюминат кальция, пятикальциевый трехалю-минат, примесь гелинита, перовскита и др.	Пегматитовая
Шлаки	Металлургиче­ские (доменные)	Окерманит, гелинит, час­тично аморфное стекло	Мелкозерни­стая
	Зольные	Аморфное стекло, мул­лит, магнетит, анортит	Пористая рых­лая
Керамика	Фарфор	Аморфное стекло, при­месь муллита	Стекловатая микропористая
Абразивы	Нормальный электрокорунд	Корунд, гексаалюминат кальция, муллит, анортит, шпинель	Зернистая
Огнеупоры	Динас	Тридимит, аморфное стек­ло, примесь кристобалита, кварца и псевдоволласто-нита	Брекчиевидная
	Шамот	Муллит, аморфное стекло из кремнезема	Зернистая
	Магнезиальный огнеупор	Периклаз, частично мон-тичеллит	Брекчиевидная
	Доломитовый огнеупор	Периклаз, частично алит, белит, браунмеллерит	Зернистая, сла­бопористая
	Корундовый огнеупор	Корунд, муллит, аморф­ное стекло	Брекчиевидная

 

Химический состав.В большинстве случаев вышеперечисленные искусственные технические камни являются силикатными, что сближает их с магматическими и метаморфическими породами. В их составе присутствуют: SiO₂, TiO₂, A1₂O₃, Fe₂O₃, FeO, MgO, CaO, Na₂O, K₂O, BaO, MnO, PbO, SO₃. За исключением корундовых и магнезитовых материалов, резко отличающихся по химическому составу, в остальных технических камнях, так же как и магматических породах, преобладают кремнезем или кремнезем с оксидом алюминия. В составе всех технических материалов отсутствует вода (за исключением бетона), отличительной чертой явля­ется совершенно необычное сочетание химических элементов, ко­торое в горных породах не наблюдается. Например, шамот состоит из SiO₂ и А1₂О₃, а другие оксиды присутствуют в минимальном ко­личестве. Доменные шлаки представляют собой сложный матери­ал, состоящий из CaO, A1₂O₃, SiO₂.

Минеральный составтехнических камней весьма своеобразен. С одной стороны, они содержат природные минералы (кварц, корунд, полевые шпаты, оливин), а с другой — группу искусственных минералов, которые в горных породах не встречаются (алит, белит, целит, муллит и др.). Минеральный состав и структуры некоторых технических материалов показаны в табл. 7.

Структура.Качество искусственных технических камней во многом зависит от их разнообразной структуры (см. табл. 7). Все; они в известной мере аналогичны структурам горных пород, но имеют и свои определенные особенности. Большинство технических камней обладают кристаллической (зернистой) структурой (цемент, абразивы, некоторые огнеупоры и др.), встречается пег­матитовая структура (глиноземистый цемент), многие огнеупор­ные материалы имеют брекчиевидную структуру. Шлакам больше всего свойственна пористая и рыхлая структура, а в отдельных случаях, например в фарфоре, она бывает стекловатая.

В технических камнях, даже в кристаллических структурах, почти всегда в том или ином количестве присутствует аморфное стекло. Например, шамотный огнеупор имеет зернистую структу­ру, но кристаллы муллита погружены в аморфную алюмосиликатную массу. На свойства технических камней существенное влияние оказывают количественное взаимоотношение кристаллов и аморфной массы, а также их взаиморазмещение.

Петрургия.В области искусственных каменных материалов создана новая область технологии — петрургия, или каменное ли­тье. С помощью петрургии получают различные изделия, в том числе и строительные, путем плавления и последующей кристаллизации расплавленного базальта. В настоящее время чтобы получить литье разного цвета, улучшенного состава, структуры и свойств, переплавление проводят при наличии самых разнообраз­ных добавок, в качестве которых используют доломит, кварцевый песок, другие природные минералы и горные породы.

В результате переплавления получают каменно-литейные из­делия заданной формы, с высоким качеством по твердости, прочности и стойкости в агрессивных средах. Необходимо отме­тить, что изделия кислотоупорны, имеют большое сопротивление истиранию, даже более высокое, чем у некоторых легированных сталей.

Каменное литье широко применяют в строительстве (трубы, облицовочные плитки) и на химических предприятиях (керамика, металлокерамика).

Радиоактивность технических материалов связана с присутствием в них материалов с природными или искусственно создан­ными радиоактивными химическими элементами. Природные радиоактивные минералы в технические материалы попадают с сырьем, из которых они изготовляются, например, это может быть радиоактивный щебень гранита или промышленные отходы. Повышенную радиоактивность могут иметь бетоны, полученные па основе золы-уноса, шлакобетон, красная керамика.

В настоящее время все природные и искусственные строительные материалы и сырье, подобные продукты промышленности, используемые в строительстве, обязательно исследуются на нали­чие в них радиоактивных излучений. Согласно существующим нормативам определяется степень их пригодности в строительном производстве.