Выветривание каменных материалов и меры борьбы с этим явлением

Факторы выветривания каменных материалов. Факторы вывет­ривания каменных материалов можно подразделить на три груп­пы: физические; химические; биологические.

Физические факторы выветривания — это колебания темпера­туры; давление воды, расширяющейся при замерзании; растворя­ющее действие воды.

Колебания температуры (суточные) обусловлива­ют возникновение и постепенное развитие трещин в каменных материалах. В полиминеральных породах гранитной и, особенно, порфировидной структур это объясняется несовместимостью тем­пературных деформаций минералов, различающихся цветом и ко­эффициентом температурного расширения (КТР). Проявление по­добной несовместимости в мономинеральных породах связано с анизотропностью кристаллов, т.е. различием КТР в разных на­правлениях. Кроме того, суточные колебания температуры приво­дят к возникновению температурных перепадов, усугубляющих воздействие перечисленных ранее факторов. Устойчивость пород в отношении колебаний температуры возрастает с уменьшением зернистости и увеличением однородности зерен по размеру, цве­ту и КТР.

Давление замерзающей воды в порах и трещинах кам­ня является одним из самых существенных факторов разрушения.

Растворяющее действие воды не проявляется в за­метной степени для большинства пород, однако гипс и ангидрит обладают определенной растворимостью.

Химические факторы выветривания — это в основном гидроли­тическое действие воды, химическое растворение пород и воз­действие природных и промышленных газов.

Гидролитическое действие воды проявляется в от­ношении, например, полевых шпатов. Несмотря на чрезвычайно малую растворимость в воде в присутствии углекислоты они распадаются на нерастворимый каолинит (алюмокремневую кислоту) и легко растворимые углекислый калий и аморфный кремнезем:

К₂0 • А1₂0₃ • 6Si0₂ + С0₂ + 2Н₂0 = = А1₂0₃- 2Si0₂- 2Н₂0 + К₂СО_э + 4Si0₂

Химическое растворение известняков, доломитов, маг­незита (пород, сложенных углекислым кальцием или углекислым магнием) происходит в воде, содержащей свободную углекисло­ту. Соответствующая реакция с пояснениями была приведена при рассмотрении процессов образования известкового туфа.

Растворение каменных материалов может происходить также при наличии в воде органических и неорганических кислот.

Воздействие природных и промышленных га­зов, главным образом кислорода и сернистого газа (S0₃), играют важнейшую роль в выветривании каменных материалов. Оба газа могут образовать серную кислоту: кислород — при действии на пирит (FeS₂), а сернистый газ — при растворении в воде. Разру­шительное действие серной кислоты на большинство минералов известно. Например, мрамор на открытом воздухе легко перерож­дается в гипс.

Биологические факторы выветривания, обусловленные жизне­деятельностью некоторых низших организмов (грибов, лишайни­ков, мхов), наиболее часто наблюдаются на северных, как прави­ло, шероховатых стенах зданий и сооружений. Разрушению камня способствует выделение растениями органических кислот и по­требление ими минеральных веществ, переходящих в раствор. В то же время заселение камня низшими растениями препятствует его просыханию, обусловливая тем самым морозное разрушение.

Полировка камня значительно повышает его долговечность, однако полностью не исключает биологическое выветривание.

Меры борьбы с выветриванием. Меры борьбы с выветриванием могут быть конструктивными и консервационными.

Конструктивные меры заключаются в создании рациональных конструкций (отсутствие выступов, карнизов, на которых могла бы задерживаться вода; шлифовка и полировка камня и т.д.).

Консервационные меры заключаются в пропитке камня на дос­таточную глубину специальными составами (эти вопросы подробно рассмотрены в подразд. 15.2).

Флюатирование — способ, применяемый для известня­ков. При пропитывании их раствором флюатов Кесслера (солей крем нефтористоводородной кислоты) получается целый ряд труд­но растворимых в воде соединений. Например, при применении магниевого флюата образуются трудно растворимые соединения:

MgSiF₆ + 2СаС0₃ = 2CaF₂ + MgF₂ + Si0₂ + 2С0₂

Аванфлюатирование — способ, применяемый для кам­ней, не содержащих СаС0₃. В этом случае камень перед флюати-рованием пропитывают составом, содержащим известковую или иную соль, с которой флюат дает нерастворимые соединения.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются понятия «минерал» и «горная порода»?

2. На какие группы и подгруппы подразделяются горные породы по происхождению? Назовите представителей каждой группы.

3. На какие группы подразделяются магматические горные породы по минералогическому составу? Назовите представителей каждой группы.

4. Приведите примеры влияния процессов при образовании на тот или иной вид структуры горных пород.

5. Какое влияние на свойства горных пород оказывают полевые шпа­ты, слюды, темноокрашенные минералы?

6. Почему породы с порфировидной структурой выветриваются быс­трее других?

7. Почему гранитную облицовку нерационально применять внутри помещений, а мраморную облицовку — снаружи?

8. Каковы общие свойства пород (назовите эти породы), применяе­мых в качестве стенового материала и как выполняют стены из них?

9. Какое свойство породообразующего минерала лежит в основе обра­зования известкового туфа и оолитового известняка?

10. Почему при разном цвете минералов, входящих в состав полимеральной породы, она выветривается быстрее, чем при одинаковом их цвете?

Дата добавления: 2014-01-04