8875

Габбро – магматическая глубинная горная порода. Цвет от серого до темно-серого и черного. Состоит из плагиоклазов (~ 50 %) и темноокрашенных минералов – авгита, реже роговой обманки, оливина. Структура крупноили среднекристаллическая. Текстура массивная плотная, иногда пятнистая. Для габбро характерна средняя плотность ρm = 2900…3300 кг/м высокая прочность при сжатии Rсж = 200…450 МПа. Обладает высокой стойкостью против выветривания, хорошо полируется и имеет красивый вид.

Диабаз – магматическая излившаяся плотная порода. Цвет – от зеленовато-серого до черного. Структура скрытокристаллическая или тонко-

кристаллическая. Текстура плотная, массивная. Минеральный состав аналогичен габбро (плагиоклазы, авгит, роговая обманка, оливин). Обладает высокой ударной вязкостью, твердостью, средней плотностью ρm = 3000 кг/м3,

высокой прочностью при сжатии Rсж = 300…400 МПа, высокой стойкостью против выветривания. Имеет сравнительно невысокую температуру плавления

– 1200…1300°С и является ценным сырьем для каменного литья.

Базальт – магматическая излившаяся плотная горная порода темно-

серого, зелено-черного или черного цвета. Обладает скрытокристаллической,

иногда стекловато-зернистой или порфировой структурой и плотной текстурой.

По минеральному составу аналогичен габбро, т.е. состоит из плагиоклазов,

авгита, реже роговой обманки, иногда оливина, пироксена, вулканического стекла. Порода тяжелая, средняя плотность = 2700…3300 кг/м3, предел прочности при Rсж = 110…500 МПа. Стойкость против выветривания высокая.

Вулканический туф и пемза – магматические излившиеся пористые породы. Состоят, главным образом, из аморфного кремнезема, который обеспечивает их высокую атмосферостойкость. Цвет этих пород может быть белым, желтым, красным, синеватым, лиловым, серым, черным и др. За счёт быстрого охлаждения магмы эти породы имеют аморфную структуру и пемзовидную пористую текстуру, преимущественно с замкнутой пористостью.

Пемза представляет собой пористое (П = 60…70 %) вулканическое стекло.

Средняя плотность ρm = 300…900 кг/м3, истинная плотность ρ = 2000…2500

111

кг/м3, предел прочности при сжатии Rсж = 2,5…10 МПа, коэффициент теплопроводности λ = 0,12…0,2 Вт/(м∙°С). Вулканические туфы образуются в результате уплотнения и цементации продуктов вулканической деятельности – пемзы, пепла и др. Средняя плотность туфов колеблется в пределах ρm = 750…1400 кг/м3, предел прочности при сжатии Rсж = 6…15 МПа, коэффициент теплопроводности λ = 0,3…0,45 Вт/(м∙°С).

Песчаник кремнистый – осадочная горная порода, относящаяся к подгруппе сцементированных механических отложений. Цвет песчаников разнообразен: от бело-жёлтого до темно-серого, от розового до красно-бурого.

Имеет зернистую (конгломератную) структуру, плотную текстуру. По составу представляет собой зерна кварцевого песка, сцементированные кремнеземистым веществом. Средняя плотность = 2300…2700 кг/м3, предел прочности при сжатии Rсж = 100…250 МПа. Стойкость против выветривания – высокая. Значительная твердость кремнистых песчаников затрудняет их обработку.

Брекчия, конгломерат – осадочные породы, относящиеся к подгруппе сцементированных механических отложений. Брекчия представляет собой породу, образовавшуюся в результате скрепления обломков горных пород с острыми гранями (глыбы, щебень, дресва) различными природными цементами

(карбонатным, кремнеземистым, железистым и др.). Конгломерат образовался в результате цементирования обломков горных пород с окатаной поверхностью

(валуны, галечник, гравий) указанными природными цементами. Эти породы имеют различную окраску: от серой и бурой допестрой. Структура их обломочная угловатая (у брекчии), обломочная окатанная (у конгломерата).

Текстура – чаще плотная. Минеральный состав различен и зависит от породы сцементированных частиц. Средняя плотность и прочность зависят от вида цементирующего вещества, породы сцементированных частиц и крупности обломков – ρm=1800…2700 кг/м Rсж = 50…150 МПа. Стойкость против выветривания средняя, для пород с кремнистым цементирующим веществом, с

мелкими обломками гранитного происхождения может быть высокой.

112

Известняк-ракушечник – осадочная органогенная зоогенная порода.

Цвет, чаще всего, светло-серый, желтый. Структура раковистая, текстура пористая. Состоит, главным образом, из кальцита, так как образовалась порода из слабосцементированных известковых ракушек, отмерших морских животных организмов, сцементированных известковым цементом. Средняя плотность ρm = 800…2000 кг/м3, предел прочности при сжатии Rсж = 0,5…15

МПа, характеризуется высокой пористостью – 20…60 % и коэффициентом теплопроводности λ = 0,3…0,9 Вт/(м∙°С) Обладает средней стойкостью против выветривания. Легко обрабатывается.

Известняк плотный – осадочная порода, по условиям образования может находиться в подгруппе органогенных сцементированных или в подгруппе химических осадков. Цвет известняков белый, но в зависимости от примесей может быть с желтыми, красноватыми, серыми или бурыми оттенками.

Встречается известняк кристаллической, мраморовидной, аморфной структуры и плотной текстуры. Состоит, главным образом, из кальцита с возможными примесями доломита, глины, кварца, гипса. Физико-механические свойства известняков неоднородны. Средняя плотность ρm = 1700…2600 кг/м3, предел прочности при сжатии Rсж = 50…200 МПа. Обладает средней стойкостью против выветривания.

Доломит – осадочная горная порода, относится к подгруппе химических осадков. Имеет белый, желтоватый или серый цвет. Структура породы может быть скрытокристаллической, мелкозернистой и других видов. Текстура плотная. Мономинеральная порода состоит из минерала доломита, иногда с примесями кальцита, ангидрита. Средняя плотность ρm = 2200…2800 кг/м3,

предел прочности при сжатии Rсж = 100…200 МПа. Стойкость против выветривания – средняя.

Мергель – осадочная горная порода. Представляет собой природную смесь кальцита и глинистых минералов. В зависимости от содержания глинистых минералов (25…60 %) может относиться к группе химических осадков или к группе механических отложений. Имеет светло-серый цвет.

113

Структура землистая, ρm = 2000…2400 кг/м3, предел прочности при сжатии

Rсж = 1…50 МПа, характеризуется низкой водостойкостью и морозостойкостью. Стойкость против выветривания низкая. Применяется для получения портландцемента.

Диатомит, трепел, опока – осадочные органогенные фитогенные породы.

Имеют белую окраску с желтоватым оттенком, землистую структуру,

мелкопористую текстуру. Состоят, главным образом, из аморфного кремнезема в виде опала с примесями кварца, глинистых минералов. Их средняя плотность колеблется в пределах ρm = 400…1200кг/м3, предел прочности при сжатии Rсж

= 2,5…5 МПа, характеризуются высокой пористостью. Стойкость против выветривания – низкая.

Гипс – осадочная горная порода, относится к подгруппе химических осадков. Цвет белый, с примесями может быть розовый, желтоватый, серый.

Структура кристаллическая с различной формой кристалла (зерна, волокна и др.). Текстура плотная. Состоит из минерала гипса с возможными примесями ангидрита, кальцита, доломита и др. Средняя плотность ρm = 2000…2300 кг/м3,

предел прочности при сжатии Rсж = 5…30 МПа. Стойкость против выветривания низкая.

Гнейс – метаморфическая горная порода, образуется при температурах

600…800°С и высоком давлении из глинистых и кварцево-полевошпатовых пород, преимущественно – из гранита. Структура кристаллическая,

разнозернистая. Текстура плотная, полосчатая, со слабо выраженной сланцеватостью. Цвет породы – серый, может быть розовый. Состоит, главным образом из кварца, полевых шпатов, биотита, пироксена, роговой обманки.

Средняя плотность ρm=2400…2800 кг/м3, предел прочности при сжатии Rсж = 120…400 МПа. Анизотропен по прочности. По плоскостям сланцеватости раскалывается на плиты. Ввиду сланцеватости расслаивается при замораживании и оттаивании, что обуславливает низкую стойкость гнейсов против выветривания.

114

Кварцит – метаморфическая горная порода, образуется из кремнистого песчаника. Цвет может быть светло-серый, розовый, красный, вишневый.

Структура мелкокристаллическая, слитнокристаллическая. Текстура плотная,

массивная. Состоит из кварца (95…99 %) и различных примесей. Порода характеризуется средней плотностью ρm = 2500…2700 кг/м3, высокой прочностью при сжатии Rсж = 100…450 МПа, высокой огнеупорностью – до

1710…1770°С, очень высокой стойкостью против выветривания, высокой твердостью, трудно истирается.

Мрамор – метаморфическая горная порода, образуется из известняков и доломитов. Цвет имеет самый разнообразный: от белого, розового до черного.

Структура мрамора зернистая, текстура плотная. Состоит, главным образом, из кальцита с возможными примесями кварца, полевых шпатов, халцедона, пирита и др. Средняя плотность ρm = 2600…2800 кг/м3, предел прочности при сжатии

Rсж = 100…300 МПа. Стойкость против выветривания имеет среднюю.

Подвергается сульфатной коррозии. Легко обрабатывается, хорошо полируется.

Глинистый сланец – метаморфическая горная порода. Образуется в результате уплотнения глин и их частичной перекристаллизации. Окраску имеет различную, чаще темно-серую, черную. Структура глинистая, текстура плотная, сланцеватая. Состоит из каолинита, кварца, полевых шпатов,

гидрослюд и примесей. Средняя плотность ρm = 1000…2000 кг/м3, предел прочности при сжатии Rсж = 20…40 МПа, пористость 1…3 %. Порода анизотропна по прочности. В воде не размокает и не приобретает пластичность,

в отличие от глин. Раскалывается на тонкие пластинки толщиной 2…8 мм.

Стойкость против выветривания – высокая.

Серпентинит (змеевик) – метаморфическая горная порода, состоящая, в

основном, из серпентина, а также примесей – магнетита, карбонатов, остатков первичных минералов (оливин, пироксены) и др. Образуется, главным образом,

в результате метаморфизма пород группы перидотита. Структура кристаллическая, текстура плотная, массивная. Серпентиниты имеют зеленую окраску различных тонов, преимущественно, темных, с пятнами и прожилками

115

разных цветов. Средняя плотность ρm = 2600…2700 кг/м , предел прочности при сжатии Rсж = 50…130 МПа, стойкость против выветривания низкая.

Обладает высокими декоративными качествами, хорошо полируется. В

строительстве применяется для изготовления декоративных изделий.

2.2. Стекло и материалы на основе минеральных расплавов

Стекло и другие плавленые материалы и изделия получают из минеральных силикатных расплавов, сырьем для которых служат распространенные горные породы и некоторые побочные продукты промышленности.

Минеральные расплавы в зависимости от исходного сырья разделяются на следующие группы: стеклянные, каменные, шлаковые, ситаллы и шлакоситаллы.

Материалы из расплавов обладают высокими показателями долговечности,

химической стойкости к воздействию агрессивных сред, отличными декоративными свойствами, а некоторые из них и прозрачностью.

Из минеральных расплавов, получают изделия самого различного назначения: листовые светопрозрачные, конструкционные, отделочные,

облицовочные, трубы специальные, тепло- и звукоизоляционные.

Стеклом называют все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплавов, независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым.

Признаками стеклообразного состояния вещества является отсутствие четко выраженной точки плавления, гомогенность и изотропность. Однако в большинстве случаев сырьевой массой для производства стекол является многокомпонентная шихта, содержащая помимо стеклообразующего оксида различные добавки. Стекло не является веществом с определенным

116

химическим составом, который может быть выражен химической формулой,

поэтому состав стекла условно выражают суммой оксидов.

Состав строительных стекол в зависимости от вида и назначения содержит оксиды (в % по массе). Каждый из оксидов играет свою роль в процессе варки формирования свойств стекла. Оксид натрия ускоряет процесс варки, понижая температуру плавления, но уменьшает химическую стойкость стекла. Оксид калия придает блеск и улучшает светопропускание. Оксид кальция повышает химическую стойкость стекла. Оксид алюминия повышает прочность,

термическую и химическую стойкость стекла. Оксид бора повышает скорость стекловарения.

Для получения оптического стекла и хрусталя в шихту вводят оксид свинца, повышающий показатель светопреломления. Сырьевые материалы для производства стекла разделяются на основные и вспомогательные.

К основным относятся минеральное сырье и некоторые продукты промышленности: кварцевый песок, сода, доломит, известняк, поташ, сульфат натрия. Кроме того, в последнее время стали широко использоваться отходы различных отраслей промышленности - доменные шлаки, кварцесодержащие материалы, тетраборит кальция, стеклобой и др. Минеральное сырье, как правило, имеет большое количество примесей и непостоянный состав.

Примеси условно разделяются на две группы:

- ухудшающие качества стекломассы (оксиды железа, хрома, титана,

марганца, ванадия);

- соответствующие основным компонентам состава стекла (оксиды алюминия, кальция, магния, калия, натрия).

Примеси первой группы придают стеклу нежелательную окраску, а также могут привести к образованию пороков в стекле в виде включений.

Примеси второй группы обычно учитываются при расчете рецепта шихты.

Вспомогательные сырьевые материалы (осветлители, глушители,

красители и др.) вводят в шихту для ускорения варки стекла и придания ему требуемых свойств.

117

Осветлители (сульфаты натрия и алюминия, калиевая селитра,

мышьяковистый ангидрид) способствуют удалению из стекломассы газовых пузырьков.

Глушители (криолит, плавиковый шпат, двойной суперфосфат) делают стекло непрозрачным.

Красители придают стеклу заданный цвет - соединения: кобальта - синий,

хрома - зеленый, марганца - фиолетовый, железа - коричневый и сине-зеленые тона и т.д.

В процессе производства стекла и особенно на стадии его охлаждения возникает такая структура, которая может быть охарактеризована как промежуточная между полной беспорядочностью частиц жидкого расплава и полной упорядоченностью частиц вещества в кристаллическом состоянии. В

стекле наблюдается лишь ближний порядок расположения частиц, что и обуславливает изотропность его свойств.

Плотность обычного строительного силикатного стекла - 2,5 г/см. В

зависимости от содержания различных добавок стекла специального назначения имеют плотность от 2,2 до 6,0 г/см. Плотность теплоизоляционных стеклоизделий меняется в пределах 15-600 кг/м.

Прочность и деформативность стекла. Расчетный теоретический предел прочности при растяжении стекла составляет 12000 МПа, технический - 30-90

МПа, что объясняется наличием в стекле микронеоднородностей,

микротрещин, внутренних напряжений, инородных включений и др. Предел прочности при сжатии стекла может составлять 600-1000 МПа и более. Предел прочности стеклянных волокон диаметром 4-10 мкм достигает 1000-4000 МПа.

Модуль упругости стекал различного состава колеблется в пределах (4,5-9,8) 10

МПа. У стекла отсутствуют пластические деформации. Прочность обычного стекла при ударном изгибе составляет всего 0,2 МПа.

Хрупкость является главным недостатком стекла, которое плохо сопротивляется удару.

118

Оптические свойства стекол являются их важными свойствами и характеризуются показателями светопропускания (прозрачности),

светопреломлением, отражением и рассеиванием. Обычные силикатные стекла пропускают всю видимую часть спектра и практически не пропускают ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Коэффициент направленного пропускания света стеклами достигает 0,89.

Теплопроводность стекол меняется от состава в пределах 0,5-1,0

Вт/(м·°С). Теплопроводность теплоизоляционных стеклоизделий составляет

0,032-0,14 Вт/(м·°С). Из-за малого значения коэффициента температурного расширения (9·10-15·10) обычное стекло имеет относительно малую

термостойкость.

Теплоемкость стекол при комнатной температуре составляет 0,63-1,05

кДж/(кг·°С).

Звукоизолирующая способность стекла относительно высока. По этому показателю стекло толщиной 1 см соответствует кирпичной стене в пол кирпича - 12 см.

Химическая стойкость стекла зависит от его состава. Силикатное стекло обладает высокой химической стойкостью к большинству агрессивных сред за исключением плавиковой и фосфорной кислот.

Разнообразие стеклянных материалов:

Листовое стекло - основной вид стекла, используемый для остекления оконных и дверных проемов, витрин и внутренней отделки зданий.

Оконное стекло производится трех марок: полированное, неполированное улучшенное, неполированное. Оконное стекло производится толщиной от 2,0

до 6,0 мм максимальных размеров в зависимости от толщины от 1000x1600 мм,

а минимальных 400x500 мм. Светопропускание оконных стекол 84-89%.

Витринное стекло производится двух марок: М7 - полированное и М8 -

неполированное, толщиной 6,5-12 мм и максимальных размеров 3000x6000 мм.

Применяется для остекления витрин, витражей и окон общественных зданий.

Светопропускание витринных стекол 75-83%.

119

Стекло листовое узорчатое имеет на одной или обеих сторонах четкий рельефный узор и изготовляется способом проката. Узорчатое стекло бывает бесцветным и цветным, окрашенным в массе или нанесением на поверхность его пленок оксидов различных металлов. Применяется для декоративного остекления оконных и дверных проемов, внутренних перегородок, крытых веранд и т.д. Для этих же целей применяется листовое стекло "мороз",

имеющее на одной стороне узор, напоминающий заиндевевшее стекло.

Армированное листовое бесцветное и цветное стекло для устройства световых проемов, фонарей верхнего света, ограждений в зданиях и сооружениях различного назначения. Армированное стекло может иметь обе поверхности или одну поверхность гладкими, рифлеными или узорчатыми. Для армирования применяется сварная или крученная сетка из стальной проволоки со светлой поверхностью или с защитным алюминиевым покрытием. Диаметр проволоки сетки 0,45-0,60 мм. Сетка имеет квадратные или шестиугольные ячейки размерами 12,5 и 25 мм. Армированное стекло отличается повышенной прочностью и огнестойкостью. Светопропускание бесцветного армированного стекла 65-75%.

Закаленное стекло является безопасным, так как при разрушении распадается на мелкие осколки с тупыми нережущими краями. В строительстве применяют для устройства дверей, перегородок, потолков.

Многослойное стекло (триплекс), армированное или неармированное,

состоит из нескольких листов стекла, прочно склеенных между собой прозрачной эластичной прокладкой, чаще всего из поливинилбутирольной пленки. При ударе оно не дает осколков и является безопасным.

Теплопоглощающее стекло предназначено для защиты интерьеров зданий от воздействия прямого солнечного излучения и уменьшения солнечной радиации в помещениях. Стекла голубого, серого и бронзового оттенков получают введением в состав стекломассы оксидов кобальта, железа или селена. Задерживая большое количество инфракрасных лучей, стекло нагревается и подвергается большим температурным деформациям. Поэтому

120