 |
Изучение свойств горных пород
|
|
|
|
В основу классификации горных пород в петрографии положен способ их образования – генезис. В соответствии с этим они подразделяются на: магматические (магматиты), осадочные и метаморфические (метаморфиты). Их процентное соотношение в составе верхней части земной коры (до глубины 16 км) характеризуется следующими значениями:
магматиты – 95%;
осадочные – 1%;
метаморфиты – 4%
Магматические породы, образовавшиеся при остывании и кристаллизации вязкотекущего силикатного расплава – магмы, подразделяются на крупнозернистые глубинные (плутонические, абиксальные), интрузивные плутониты и излавления тонкозернистые (вулканические) эффузивные или эффузивы.
В зависимости от количественного содержания кремнезема магматические породы подразделяются на: ультракислые – SiO2 свыше 80%; кислые – SiO2 65-80%; средние – SiO2 52-65%; оснόвные – SiO2 45-52%; ультраоснόвные – SiO2 менее 45%. Горные породы, содержащие SiO2 40-55%, но при этом повышенное по сравнению с другими магматитами количество щелочных металлов (15-20%) относятся к щелочным.
Породы, занимающие как бы переходное положение между плутонитами и вулканитами и отличающиеся разнозернистостью относятся к полуглубинным (гипабиссальным) жильным и характеризуются порфировидным строением.
Осадочные (вторичные) горные породы образуются на поверхности земли из остаточных продуктов предварительно разрушенных пород. Разрушение пород осуществляется по схеме: физическое и химическое выветривание, механический и химический перенос, отложение и накопление продуктов разрушения, уплотнение и цементация рыхлого осадка с преобразованием его в породу.
Форма залегания этой группы пород в виде пластов предопределяет их характерные текстурные признаки – слоистость, пористость и наличие окаменелостей. По условиям образования осадочные породы подразделяются на механические (обломочные) рыхлые и сцементированные, химические и органогенные (биогенные).
|
|
|
Метаморфические (вторичные) породы, называемые также кристаллическими сланцами, образуются путем преобразования (видоизменения) исходных (магматических, осадочных) горных пород под воздействием вторичных высоких температур и давлений (термальный и динамометаморфизм), химически активных веществ и горячих газов (пневматолитический метаморфизм), циркулирующих в породах.
Результатом таких воздействий является изменение структурных, текстурных свойств, а иногда и химического состава материнских пород при сохранении их минерального состава и появлением минералов вторичных (гранаты, хлориты, серпентин и др.), характерных только для метаморфитов.
Основными показателями качества природных каменных материалов является их структурные, текстурные и механические характеристики – плотность, пористость, прочность при сжатии, твердость – определяющие долговечность соответствующих видов изделий, выбор инструментов и машин для их добычи и обработки. В отдельных случаях дополнительными механическими показателями исходного минерального сырья служат истираемость, износостойкость, сопротивление удару и др.
Структурные и текстурные особенности горных пород предопределяют их специфическое внутреннее строение и совокупность признаков, определяемых взаимным расположением и распределением составных частей породы в занимаемом ею объеме.
К структурным признакам относят степень кристалличности породы, форму, размер и взаимное расположение минеральных зерен, а также соотношение составных частей минеральных компонентов и их цементирующей связки. По степени кристалличности различают структуры: полнокристаллические (зернистые), типичные для глубинных пород, скрытокристаллические, характеризующиеся совместным наличием в породе кристаллов и аморфного стекла и стекловатые, типичные для излившихся (вулканогенных) пород камня.
|
|
|
Среди зернистых структур различают: крупнозернистые (размер зерен > 5 мм), среднезернистые (размер зерен 2-5 мм) и мелкозернистые (размер зерен < 2 мм). По сочетанию кристаллов различных размеров породы подразделяются на равномернозернистые и неравномернозернистые структуры, примером которых, в частности, являются структуры порфировые, отличающиеся наличием в тонкозернистой или стекловатой массе породы отдельных крупных кристаллов – вкрапленников.
Текстура характеризуется совокупностью признаков, определяющих взаимное расположение и распределение составных частей породы в занимаемом объеме. Ею отображаются особенности внешнего вида (сложения) данного материала: слоистость, сланцеватость, пористость, массивность, декоративность (естественная расцветка).
В соответствии с этим текстуры могут быть однородными с однообразным заполнением всего объема породы минеральной массой; неоднородными, для которых характерно чередование в данном объеме участков, отличающихся и минеральным составом, и структурными особенностями.
При оценке различных видов горных пород в лаборатории предполагается после ознакомления с коллекцией горных пород и соответствующими литературными (справочными) источниками заполнить таблицы 3, 4 и 5, характеризующие важнейшие технические свойства магматических, осадочных и метаморфических пород, используемых в качестве различных строительных материалов и изделий, а также в производстве искусственных материалов (вяжущих, керамических и др.).
ПРИМЕНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Природные каменные материалы находят весьма широкое применение в строительной практике и не только как основа для изготовления прочных и стойких (долговечных) конструктивных и декоративных штучных изделий (блоки, плиты, элементы мостовых и гидротехнических сооружений, дорожных покрытий и пр.), но и как сырье для производства материалов искусственных – минеральных вяжущих (цементных, гипсовых, известковых, магнезиальных); заполнителей (плотных и пористых) для цементных бетонов и растворов; керамзита и аглопорита, каменного литья; кислото- и электроизоляционных материалов, силикатных и керамических стеновых, кровельных и декоративно-отделочных изделий; асбестоцементных изделий и др.
|
|
|
Предварительно ознакомившись с минеральным составом, структурой, текстурой, условиями образования различных горных пород и используя справочные данные, лабораторно-практическая работа по природным каменным материалам завершается заполнением таблицы 6, в которой отмечаются возможные и целесообразные области использования соответствующих горных пород в строительной практике.
Таблица 2 - Основные характеристики породообразующих минералов
| Наименование минерала | Химический состав | Оптические свойства | Спайность | Излом | Твердость по шкале Мооса | Истинная плотность, кг/м3 | |||||
| цвет | блеск | прозрачность | |||||||||
| Минералы магматических пород | Кварц | SiO2 (кристаллический) | бесцветн. (горн. хруст.), дымчатый (раухтоплаз), желтый (цитрин), фиолетовый (аметист), черный (морион) | стеклянный, жирный, матовый | прозрачный, просвечивающийся, непрозрачный | весьма несовершенная | раковистый | 7,0 | 2630-2660 | ||
| Полевые шпаты (ортоклаз) | К2О·Al2O3·6SiO2 | белый, серый, от розового до темно-красного и желтоватого | стеклянный | прозрачный, мутный, непрозрачный, | совершенная в двух направлениях | ступенчатый | 5,5-6,5 | 2550-2760 | |||
| Слюды: | биотит | водные алюмосиликаты сложного и разнообразного состава | черный, черно-зеленый | стеклянный | непрозрачный | весьма совершенная | ровный | 2,0-3,0 | 2760-3200 | ||
| мусковит | белый, желтоватый, серый | стеклянный | прозрачный | 1,5-2,5 | |||||||
| Темноокрашенные минералы (роговая обманка) | железомагнезиальные силикаты | от зеленого до черного | стеклянный, жирный | непрозрачный | несовершенная | раковистый, занозистый | 5,5-7,5 | 3000-3600 | |||
| Минералы осадочных пород | Опал | SiO2 nH2О (аморфный) | бесцветный, молочно-белый | восковой, перламутр. | непрозрачный | совершенная | раковистый | 5,0-6,0 | 1900-2500 | ||
| Глинистые: | каолинит | Al2O3·2SiO2 2H2О | белый, бурый, голубой | перламутровый, жирный | непрозрачный | совершенная | землистый | 1,0-2,5 | 2580-2600 | ||
| монтмориллонит | Al2O3·4SiO2 nH2О | ||||||||||
| Кальцит | CaCO3 | белый, желтый, серый | стеклянный | прозрачный, непрозрачн. | совершенная | раковистый | 3,0 | 2600-2700 | |||
| Магнезит | MgCO3 | белый, желтый, бурый | стеклянный | непрозрачн. | совершенная | раковистый | 3,5-4,5 | 2900-3100 | |||
| Доломит | CaCO3·MgCO3 | белый, бурый, серый | стеклянный | непрозрачн. | совершенная | раковистый | 3,0-4,0 | 2800-2900 | |||
| Гипс | CaSO4·2H2O | бесцветный, белый | стеклянный | прозрачный, непрозран. | совершенная | раковистый | 2,0 | 2200-2400 | |||
| Ангидрит | CaSO4 | белый, серый, розовый,голубой | 3,0-3,5 | 2900-3100 | |||||||
|
|
|
Таблица 3 - Важнейшие виды магматических горных пород и их строительные свойства
| Породы | Характеристика по содержанию SiO2, % | Минералогический состав | Цвет (окраска) | Средняя плотность, кг/м3 | Предел прочности при сжатии, МПа | |
| глубинные | плотные излившиеся | |||||
| Гранит | Кварцевый порфир, липарит | Кислые (SiO2 – 65…76 %) | ||||
| Сиенит | Бескварцевый порфир, трахит | Средние (SiO2 – 52…65 %) | ||||
| Диорит | Андезит, порфирит | |||||
| Габбро, лабрадорит | Диабаз, базальт | Основные (SiO2 – <52 %) |
| Примечание: | подразделение глубинных и плотных излившихся магматических горных пород на кислые, средние и основные имеет практическое значение. С уменьшением содержания SiO2, т.е. по мере перехода от гранитов к габбро или порфиров к диабазам, возрастает средняя плотность, прочность, ударная вязкость, понижается температура плавления горных пород, а их цвет становится темнее. |
Таблица 4 - Характеристики важнейших осадочных горных пород
| Тип осадков | Вид | Наименование горной породы | Минералогический состав | Средняя плотность, кг/м3 | Предел прочности при сжатии, МПа |
| Механические | Обломочные | Песок | |||
| Горный щебень (гравий) | |||||
| Глина | |||||
| Цементированные | Песчаник кремнистый | ||||
| Брекчия | |||||
| Конгломерат | |||||
| Химические | Сульфаты | Гипсовый камень | |||
| Ангидрит | |||||
| Карбонаты | Известняк плотный | ||||
| Органогенные | Известняк-ракушечник | ||||
| Магнезит | |||||
| Доломит | |||||
| Кремнистые | Диатомит | ||||
| Трепел | |||||
| Опока |
Таблица 5 - Характеристики важнейших метаморфических горных пород
| Вид | Наименование горной породы | Образовалась в результате видоизменения | Минералогический состав | Средняя плотность, кг/м3 | Предел прочности при сжатии, МПа |
| Метаморфические магматические | Гнейс | гранит | |||
| Метаморфические осадочные | Мрамор | известняк, доломит | |||
| Глинистый сланец | глина | ||||
| Кварцит | кремнистый песчаник |
Таблица 6 - Применение природных каменных материалов в строительстве
|
|
|
| Вид изделий и материалов | Наименование горных пород | ||||||||||||||||||||||||||||
| Магматические (первичные) | Осадочные (вторичные) | Метаморфические | |||||||||||||||||||||||||||
| Глубинные | Излившиеся | Вулканические | Механические | Химические | Органогенные | ||||||||||||||||||||||||
| гранит | сиенит | диорит | габбро, лабрадорит | кварцевый порфир | трахит | андезит | диабаз, базальт | вулканический пепел | вулканическая пемза | вулканический туф | глина | песок | щебень, гравий | песчаник | брекчия | конгломерат | гипс, ангидрит | магнезит, доломит | мергель | известняк плотный | известняк ракушечник | диатомит | трепел, опока | гнейс | мрамор | кварцит | глинистый сланец | ||
| Штучные изделия | Камни для фундаментов | ||||||||||||||||||||||||||||
| Камень стеновой | |||||||||||||||||||||||||||||
| Камни дорожные | |||||||||||||||||||||||||||||
| Камни гидротехнические | |||||||||||||||||||||||||||||
| Облицовка стен, полов и лестниц | внутренняя | ||||||||||||||||||||||||||||
| наружная | |||||||||||||||||||||||||||||
| Щелочестойкая облиц. | |||||||||||||||||||||||||||||
| Кислотостойкая облиц. | |||||||||||||||||||||||||||||
| Жаростойкая облицовка | |||||||||||||||||||||||||||||
| Сырье для производства минеральных вяжущих веществ | гипсовых | ||||||||||||||||||||||||||||
| магнезиальных | |||||||||||||||||||||||||||||
| извести | |||||||||||||||||||||||||||||
| портландцемента | |||||||||||||||||||||||||||||
| Заполнители для бетонов | легкие | ||||||||||||||||||||||||||||
| тяжелые | |||||||||||||||||||||||||||||
| Добавки в бетоны и растворы | активные | ||||||||||||||||||||||||||||
| наполнители | |||||||||||||||||||||||||||||
| Кровельные материалы | |||||||||||||||||||||||||||||
| Керамические материалы и изделия |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
|
|
|
