Осадочные породы химического происхождения (хемогенные)

Породы химического происхождения образовались в результате выпадения из водных растворов различных веществ. Важное значение при этом имеют слаборастворимые соединения карбонатов Ca и Mg, осаждающиеся при испарении пересыщенных растворов в замкнутых морских бассейнах или озерах.

Основные строительные горные породы химического происхождения подразделяются на подгруппы:

• карбонатные (известняк плотный, известняк оолитовый, известковый туф, натечный известняк, доломит, мергель);

• кремнистые (трепел, кремнистый туф, кремень);

• сернокислые (гипс, ангидрит).

Известняк плотный — микрозернистая карбонатная порода, состоящая из минерала кальцита СаСО3; структура — зернистая или кристаллическая, пористая или кавернозная. В зависимости от текстуры средняя плотность известняков составляет 2000—2600 кг/м5, снижаясь до 1000 кг/м5 для сильнопористых разновидностей. Пористость прочносцементированных известняков не превышает десятых долей процента, а у слабосцементированных — достигает 15—20 % и выше. Известняки бывают белого цвета или в зависимости от примесей (глины, кварца, оксидов железа и др.) желтоватого, сероватого, красноватого, бурого, черного и др. В зависимости от относительного содержания CaCO3 известняки называются чистыми (не менее 98 % CaCO3) и мергелистыми (не менее 90 % CaCO3). Они применяются в качестве строительного материала, удобрения (известкование почв), в цементной промышленности, в металлургии (в качестве флюсов), в химической промышленности и др.

Оолитовый известняк — сложен округлыми зернами оолитов кальция концентрически-скорлуповатого, иногда радиально-лучистого строения. Состоит из карбонатов (кальцита, доломита и др.), оксидов железа, марганца и др. Размеры оолитовых частиц — от долей миллиметра до 25 мм. Это — пористая, малоустойчивая к выветриванию и недостаточно морозостойкая порода с прочностью 16—20 МПа. Используется для изготовления воздушной и гидравлической извести, цемента и др.

Известковый туф (травертин) — образовался в результате выпадения СаСО3 из холодных или горячих углекислых подземных вод при выходе их на поверхность земли, обладает различной пористостью и разной прочностью. Очень пористый, ноздреватый туф имеет плотность 1400—1700 кг/м3 и прочность до 10—15 МПа. Прочность при сжатии у более плотных разновидностей травертина с равномерно распределенными мелкими порами (образование из горячих источников) доходит до 80 МПа. При высокой морозостойкости он является хорошим материалом для наружной облицовки зданий. Известковый туф используют для получения извести, в производстве цемента, в качестве стенового и облицовочного камня.

Натечный известняк — натечные образования кальцита CaCO3 (сталагмиты — известковые натечные минеральные образования, поднимающиеся в виде столбов и прочих форм со дна пещер и других полостей в карсте; сталактиты — известковые минеральные образования, свешивающиеся в виде бахромы с потолка и верхней части стен пещер и других подземных полостей в карсте).

Доломит — горная порода, целиком или преимущественно состоящая из минерала доломита CaCO3*MgCO3, в котором содержится до 45,8 % магнезита MgCO3. Внешне он похож на известняк, от которого отличается реакцией с соляной кислотой (реагирует в порошке), желтовато-белым, иногда буроватым цветом, большей твердостью (3,4—4). Образуется главным образом путем химического изменения известковых осадков. Плотные доломиты характеризуются средней плотностью от 2700 до 2900 кг/м3 и пределом прочности при сжатии в пределах 60—150 МПа.

Применяют доломит в качестве строительного камня (плиты, бутовый камень — крупные обломки горных пород с размером в поперечнике 15—50 см) и щебня для бетона, а также для получения огнеупорных, вяжущих, теплоизоляционных материалов, стекла и др.

Мергель — горная порода, переходная от известняков и доломитов к глинистым породам; содержит от 50 до 80 % CaCО3 и MgCO3, от 20 до 50 % глинистого материала. Цвет мергеля палево-желтый, коричневато-желтый, белый, серый. Внешне иногда мергель мало отличается от известняка, распознается он по характеру реакции с соляной кислотой, от капли которой на поверхности мергеля остается грязно-серое или обеленное пятно, обусловленное концентрацией на месте реакции глинистых частиц. Мергель — хорошее сырье для цементной и керамической промышленности.

Трепел — тонкопористая горная порода, состоящая из мельчайших зерен (0,01—0,001 мм) опалового кремнезема с небольшой примесью скорлупок диатомитовых водорослей и остатков кремнистых скелетов радиолярий и губок, почти лишенная органических осадков. Цвет трепела белый, желтый, бурый, светло-серый. Встречается как в виде рыхлой мучнистой породы, так и в виде компактных пористых масс. Характерный признак трепела — способность интенсивно впитывать воду. Имеет среднюю плотность 500—1300 кг/м3, высокопорист, огнеупорен, кислотоупорен, плохо проводит звук и теплоту, используется как адсорбент, изоляционный, фильтрующий, шлифующий строительный материал.

Кремнистый туф — гейзерит — состоит из пористой (реже плотной) массы опала SiC2*nН2О. Цвет породы светлый, иногда пестрый. Образуется туф при выходе на поверхность горячих источников, в воде которых растворен кремнезем. Используется в качестве строительного материала.

Кремень — встречается в разнообразных вмещающих породах в виде пластов, линз, желваков и состоит из опала и халцедона, иногда с примесью кварца. Наиболее распространенными являются однородные, очень твердые микрозернистые, часто полосчатые, серого, красноватого, черного цвета кремни. Используется исключительно как абразивный материал.

Гипс —гипсовый камень — порода, состоящая в основном из минерала такого же названия (CaSO4*2Н2О). В качестве примесей часто встречаются доломит, галит NaCl, пирит FeS2, опал, халцедон, кварц, глинистое вещество и песчано-алевролитовый обломочный материал. Макроскопически гипсы обычно представляют собой слоистую или массивную породу от микро- до грубозернистой структуры. Гипсы имеют белую, светло-серую, желтоватую до красного и черного окраску, в зависимости от примесей характеризуются средней плотностью 2200 кг/м5 и пределом прочности при сжатии около 80 МПа. Массивные белые мелкозернистые разности гипса называют алебастром. Алебастром также называют обожженный при температуре 170 °C гипс, используемый в строительном деле. Розовые, параллельно-волокнистые разности гипса, обычно заполняющие трещины, называют селенитом. Гипс легко определяется по своей небольшой твердости — он чертится ногтем. Гипс используют главным образом для изготовления гипсовых вяжущих веществ и в качестве добавки при производстве портландцемента.

Ангидрит — порода, состоящая из минерала ангидрита CaSO4. Примеси те же, что и у гипса. Цвет обычно голубовато-серый. Tвердость — 4.

Гипс и ангидрит — типичные химические осадки. Ангидрит выпадает из раствора при температуре 66 °С, а при наличии в растворе солей NaCl и MgCl2 — при температуре 20—30 °С. Гипс выпадает при более низкой температуре. Однако следует сказать, что гипс образуется и другим путем, чаще всего при гидратации ангидрита



Процесс этот протекает обычно на небольшой глубине (до 150 м) и сопровождается значительным увеличением объема (до 60 %). На большей глубине наблюдается обратный процесс — переход гипса в ангидрит. Нагретый до определенной температуры гипс теряет воду и приобретает свойства вяжущего вещества. Ангидрит — более плотная порода с пределом прочности при сжатии 60—80 МПа и средней плотностью от 2800 до 2900 кг/м5. Гипс и ангидрит служат сырьем для производства вяжущих веществ, а на их основе — гипсобетонных изделий. Они применяются как стеновой материал, а также для внутренней отделки зданий.