18.Определение и разновидности осадочных горных пород, применение в строительстве.

В формировании ОГП участвуют различные геологические факторы: разрушение и переотложение продуктов разрушения ранее существовавших пород, механ. и хим. выпадение осадка из воды, жизнедеятельность организмов. Большинство ОГП залегает в виде пластов, слоев. Иногда в образовании породы принимает участие сразу несколько факторов. При этом некоторые породы могут формироваться различным путём (известняки могут быть хим., биогенного или обломочного происх-ия), что вызывает существенные трудности при система-тизации, единой схемы классификации не существует. Применяется простая клас-ция, в основе которой лежит генезис (механизм и условия образования) ОГП. Согласно ей породы: обломочные, хемогенные, органогенные и смешанные.

Генезис ОГП: ОГП объединяют три принципиально различные группы поверхностных (экзогенных) образований, между которыми отсутствуют существен-ные общие св-ва. Собственно из осадков образуются хемогенные (соли) и механо-генные (обломочные, частично терригенные) осадочные породы. Образование осадков происходит на поверхности земли, приповерхностной части и в водных бас-сейнах. Но к органогенным породам часто термин «осадок» не применим.

Диагенез Осадок, накопившийся на дне водоема или на поверхности суши, обычно представляет собой неравновесную систему, состоящую из твердой, жидкой и газовой фаз. Между составными частями осадка начинается физико-химическое взаимодействие. Активное участие в преобразовании осадков принимают обитающие в иле организмы. Во время диагенеза происходит уплотнение осадка под тяжестью образующихся выше него слоев, обезвоживание, перекри­сталлизация. Взаимодействие составных частей осадка между со­бой и окружающей средой приводит к растворению и удалению неустойчивых компонентов осадка и формированию устойчивых минеральных новообразований. Разложение отмерших животных организмов и растений вызывает изменение окислительно-восста­новительных и щелочно-кислотных свойств осадка. К концу диагенеза жизнедеятельность бактерий и других организмов почти пол­ностью прекращается, а система осадок — среда приходит в равновесие. Продолжи-тельность диагенеза изменяется в широких пределах, достигая сотен тысяч лет

Катагенез: В эту стадию осадочные породы претерпевают существенные преобразования, сопровождаемые изменением химико-минералогического состава, строения и физических свойств. Основными факторами преобразования пород являются температура, давление, вода, растворенные в ней соли и газообразные компо­ненты, рН, Еh и радиоактивное излучение. Направленность и ин­тенсивность преобразований в значительной степени определяются составом и физическими свойствами пород. В процессе катагенеза происходит уплот­нение пород, их обезвоживание, растворение неустойчивых сое­динений, а также перекристаллизация и образование новых минералов.

Метагенез: На этой стадии происходит максимальное уплотнение осадочных пород, меняется их минеральный состав, структура. Преобразование пород происходит под влиянием тех же факторов, что и при катагенезе, но температура более высокая (200—300 °C), выше минерализация и газонасыщенность вод. Изменение структуры пород проявляется в укрупнении размера зерен, в упорядочении их ориентировки, перекристаллизации с исчезновением фаунистических остатков. Завершается стадия метагенеза переходом осадочных пород в метаморфические горные породы.

ОГП представляют особый интерес д/строителей, т.к. они служат основаниями и средой д/различных сооружений и повсеместно доступны в качестве СМ. Они имеют вторичное происхождение, поскольку исходным материалом д/их формирования являются продукты разрушения ранее существовавших пород. Процесс образования ОГП протекает по схеме: физическое и химическое выветривание пород, механический и химический перенос, отложение и накопление продуктов их разрушения и, наконец, уплотнение и цементация рыхлого осадка с превращением его в породу. Общими свойствами ОГП являются одинаковые формы залегания в виде пластов, с которыми связаны их характерные текстурные признаки - слоистость и пористость. Последняя особенно важна, т.к. оказывает большое влияние на физико-механические свойства пород: прочность, плотность и среднюю плотность, водопоглощение, морозостойкость, механ. обработку и др.

ОГП отличаются многообразием структур с широким варьированием формы, размеров частиц и их соотношения у различных представителей. Д/них характерно значительное разнообразие минер. компонентов, более простых по химсоставу и являющихся преимущественно осадочными новообразованиями, совпадающими по составу с некоторыми магматическими минералами. Среди породообразующих минералов встречаются осажденные из водных растворов карбонаты, сульфаты, водный кремнезем; вторичные (глинистые) продукты выветривания материнских пород - каолинит, монтмориллонит; слюдистые минералы, гидроксиды А1 и Fe; реликтовые минералы, сохранившиеся без изменения, - магматический кварц, полевые шпаты, а также обломки пород различного генезиса и остатки организмов. Некоторые представители осадочных пород растворяются в воде, например каменная соль, гипс, известняки.

По условиям образования ОГП: обломочные, химические и органогенные (существуют переходные разн-сти смешан. генезиса).

Породы обломочного (механического) происхождения являются продуктами механического разрушения материнских пород и сложены преимущественно обломками устойчивых к выветриванию минералов и пород. Разделяются по крупности обломков на грубообломочные, среднеобломочные (песчаные), мелкообломочные (пылеватые) и тонкообломочные (глинистые). Только глинистые породы являются продуктами хим. разложения материнских пород, остальные сложены обломками, не подвергшимися существенному выветриванию. Обломочные породы могут быть рыхлыми или сцементированными.

К рыхлым грубообломочным породам относятся разновидности с окатанной и угловатой формой, образовавшиеся в рез-те накопления крупных обломков (обломки р-ром 1000...100мм - валуны (окатанные) или глыбы (угловатые); 100...10мм - галька (окатанные) или щебень (угловатые), 10...1мм —гравий (окатанные) или дресва (угловатые).

Валуны (валунный камень) состоят из грубоокатанных обломков, обработанных и перенесенных водой или ледником. По генезису валун может быть ледниковым, речным, морским, озерным. Более мелкие разновидности размером 120...300мм - булыжный камень. Крупный валунный камень, поступающий на строительство, предварительно перерабатывают на шашку, бутовый камень и др.

Галька и гравий образуются при переносе обломков на большие расстояния реками, горными потоками, под действием морского прибоя, приобретая при этом различную степень окатанности и сортировки. Качество гравия обусловливается его генезисом, минер. составом, содержанием глинистых и органических примесей и пр. Лучшей разновидностью гравия считается ледниковый, который менее окатан. Гравий применяется в ж/б сооружениях, дорожном строительстве и как фильтрующий материал.

Глыбы, щебень и дресва - скопления угловатых обломков скальных пород, разнородных по минер. составу. Они особенно характерны д/пустынных и полярных районов с интенсивно протекающими процессами физического выветривания.

Песчаные (среднеобломочные) породы - рыхлая смесь зерен с раз-ми от 1 до 0,1мм. По крупности зерен: крупнозернистые с ø 1…0,5мм; среднезернистые - 0,5...0,25мм; мелкозернистые - 0,25…0,1мм. Пески состоят из кварца, устойчивого к химическому выветриванию минерала. Чистые кварцевые пески светлой окраски явл-тся мономинеральными породами. Смешанные (полимиктовые) пески состоят из смеси минералов, в которых кроме кварца находятся полевые шпаты, слюды, амфиболы и др. Среди них наибольшее распространение имеют аркозовые пески красного или серого цвета, преимущественно кислого полевошпатового состава, с небольшой примесью кварца и др. минералов. Наибольшей чистотой и однородностью зерен отличаются морские и эоловые отложения; морские и речные пески имеют окатанную, а ледниковые - угловатую, наиболее благоприятную д/строительных целей, форму зерен. Вредной примесью к пескам являются глинистые и пылеватые фракции (0,05...0,005мм). При оценке качества песка как строительного мат-ла учитывают его минер. и гранулометрический составы, форму зерен, пористость, коэф-т фильтрации и др. Плотность песков составляет 2,64 г/см3, а средняя плотность—1800 кг/м3. Являются главным сырьем д/получения керамики, динаса, стекол, бетонов и растворов, кирпича; используют д/дорожных покрытий, в абразивном производстве. Распространены повсеместно.

Пылеватые (мелкообломочные) породы состоят из частиц размером от 0,1 до 0,01мм и отличаются от песчаных содержанием более мелких частиц (лёсс—светлоокрашенная пористая порода, содержащая кварц, полевые шпаты, кальцит и глинистые минералы). Отличаются просадочностью, легко размокают в воде. Используют в цем-ой пром-сти (добавка в бетоны), в пр-тве кирпича, черепицы и др.

Глинистые (тонкообломочные) породы состоят более чем наполовину из мельчайших (менее 0,01...0,001мм) чешуеобразных частиц глинистых мин-лов. Глины образуются при выветривании полевошпатовых и др. силикатных пород и состоят преимущественно из глинистых мин-лов типа каолинита, монтмориллонита и гидрослюд с примесью кварца, слюды, вторичного кальцита, опала и др. Большинство глин - полиминеральные, но имеются мономинеральные: каолинитовые и монтмориллонитовые разновидности. Главным фактором при применении глин в стр-стве и производстве строит. материалов является их минеральный состав.

Полиминеральные глины сырье д/производства кирпично-черепичных изделий, грубой керамики, глинозема, огнеупоров и т. д.

Каолинитовые глины сложены в основном каолинитом и сравнительно свободны от примесей оксидов железа. Они представляют собой белые тонкозернистые, жирные на ощупь малопластичные породы, являющиеся продуктами разложения (гидролиза) алюмосиликатов диссоциированной водой, содержащей свободные ионы водорода и растворенную СО2.

Каолинитовые глины являются континентальными отложениями и образуются в условиях кислой среды. Они используются в производстве фарфоро-фаянсовых изделий, цемента, шамота. Месторождения каолинитовых глин на Украине, Урале, в Сибири и др.

Монтмориллонитовые глины появляются при разложении вулканических пеплов в щелочной среде. Среди них выделяются сильно набухающие в воде натровые глины с преобладанием катиона Na над катионами Са, Mg и К и неразбухающие кальциевые - с преобладанием Са над катионами Na и Mg. К первым относятся бентониты и флоридины, породы белой, серовато-белой, розоватой и другой окраски, характерной особенностью которых является сильное набухание при увлажнении с увеличением объема примерно в 16 раз и более и высокая адсорбционная способность. Большинство этих глин обладает резко выраженной пластичностью при затворении водой, сохраняя при высыхании приданную им форму, а после обжига образуют камневидные массы. С увеличением в глинах механических примесей пластичность их быстро снижается. Монтмориллонитовые глины применяются как замечательные адсорбенты, т.к. обладают высокой поглотительной способностью.

Сцементированные обломочные породы образовались путем цементации рыхлых пород разнообразными химическими веществами. Наиболее прочным является кремнеземистый цемент (вторичный кварц, опал, халцедон), менее прочны железистый (лимонит), карбонатный (кальцит) и малой цементирующей способностью отличается глинистый цемент. Ниже приводится описание главных представителей этой группы.

Брекчии - компактные породы, состоящие из угловатых обломков дресвы или щебня, сцементированных каким-либо цементом. Петрографический состав этих обломков отличается однородностью. Угловатая форма обломков обеспечивает хорошее сцепление их с природными цементами, поэтому брекчии при некоторых видах цементов имеют достаточно высокую прочность и используются как отделочные камни. Брекчии имеют ограниченное распространение.

Конгломераты - сцементированные природным цементом скопления гальки, гравия, мелких валунов и др., отличающиеся от брекчий пестротой петрографического состава, широким диапазоном прочности от 5 до 160 МПа и изменением средней плотности в интервале 1500…2900 кг/м3. По сравнению с брекчиями конгломераты отличаются меньшей прочностью, так как окатанный обломочный материал довольно слабо связывается с цементом. Практическое значение этих пород невелико, однако их характерная структура (вяжущее рыхлый материал) является прототипом самой распространенной структуры ИСК. Слабо сцементированные их разновидности используются для получения балласта, а красивые - как отделочные декоративные камни. Мощные отложения конгломератов в Крыму и Средней Азии.

Песчаники образуются путем цементации зерен песка при просачивании через них разнообразных минер. р-ров. В зависимости от разновидности цементов: кремнистые, известковые, железистые, гипсовые, глинистые, битуминозные и др.. Прочность определяется видом природного цемента, характером его сцепления с зернами песка, плотностью породы. Она колеблется от 1 до 150МПа и выше, а средняя плотность - от 1900 до 2800 кг/м3. Наиболее прочные (100...150МПа и более) - кремнистые со средней плотностью до 2800 кг/м3. Малой прочностью отличаются глинистые, легко разрушаются при насыщении водой или циклическом замораживании и оттаивании; известковые - неводостойки. В битуминозных битум до 20% массы. Окраска зависит от цемента: кремнистые и известковые - белые и светлые тона, железистые - желтые и красноватые и т. д. Используют д/получения стенового камня, бута, щебня, декоративного отделочного материала. Их разновидности, содержащие не менее 97% кремнезема, идут на изготовление кислотоупорных материалов и сырья, д/огнеупоров, абразивов и др.