Материалы и изделия из горных пород

Лекция 2

Тема: Материалы и изделия из горных пород. Лесные материалы

Материалы и изделия из горных пород

В зависимости от условий формирования горные породы делят на группы:

-Магматические – образуются в процессе кристаллизации (остывания) магмы, всего около 70%;

-Осадочные (вторичные) - возникают из продуктов разрушения других пород;

-Метаморфические приспособление пород к изменившемся в пределах земной коры физико-химическим условиям.

Магматические породы образовались в результате остывания и затвердевания магмы (большая часть земной коры). Магма – силикатный расплав, поступающий из недр земли.

Глубинные породы образовались при остывании магмы в глубине земной коры под давлением вышележащих слоев. Остывание было медленным и равномерным. Поэтому строение равномерно-зернистое и полнокристаллическое. В зависимости от размеров: крупнозернистые (>5мм); среднезернистые (1 – 5 мм); мелкозернистые (0,5 – 1 мм). Свойства у магматических глубинных пород: высокая плотность ρm=2900 – 3300 кг/м3; П<1%; Rсж до 300 МПа; высокая теплопроводность λ=3 Вт/мС0; низкое водопоглащение; высокая морозостойкость; декоративность; долговечность. Представители: гранит, сиениты, гарнодиориты, габброиды. Применение: щебень для бетона, плиты для полов, облицовка, монументы.

Излившиеся плотные породы образовались при остывании магмы с выходом в поверхностные слои земной коры. Остывание было более быстрым, и менее равномерным. Строение: однородное мелкокристаллическое (диабаз, базальт) используют как глубинные; неоднородное (порфиры). Структура: стекловидная, аморфная, скрытокристаллическая, порфировая. Свойства: меньше морозостойкость; ниже термическая стойкость; выше хрупкость (т.к. меньше однородность); водопоглащение и пористость глубинным; прочность несколько ниже. Условия образования определяют строение, а строение определяет ее свойства. Используют как внутреннею отделку.

Излившиеся пористые породы образовались при вулканических извержениях, когда магма большим давлением вместе с парами и газами вырывалась на поверхность земли. Ввиду быстрого охлаждения образуется аморфная, стекловидная структура. При резком сбросе давления магма застывала пары и газы и строение получалось высокопористое (сферические и замкнутые поры). Рыхлые обломочные породы (пепел, песок вулканический) – сырье для теплоизоляционных материалов. Сцементированные (туфолава, туф) Свойства: ρm=750 – 1400 кг/м3; П=40 – 70%; λ=0,34 Вт/мС0; Rсж=5 – 30 МПа; высокая декоративность, долговечность; низкая теплопроводность, легко распиливаются, шлифуются. Используют для устройства перегородок, перекрестий огнеупорных, также в качестве декоративного камня т.к. туфы бывают разных цветов.

Осадочные горные породы образовались в результате природных процессов выветривания первичных пород, химического и механического выпадения в осадка из воды, жизнедеятельности растений. Осадочных пород около 5%.Залегают на поверхности. Строение: слоистое, более пористое. Некоторые растворимы в воде (гипс), распадаются в воде на мелкие частицы (глина). Если отсутствует слоистость текстура называется беспорядочной. Выветривание горных пород бывает под действием:

- физических факторов (перемена t, воздух, ветер, радиация, вода…)

- химических факторов (разрушением отдельных минералов, под воздействием воды, углекислого газа …)

Классификация осадочных горных пород по условиям образования:

- механические отложения – продукты выветривания: рыхлые (глина, гравий, песок), сцементированные (песчаники, конгломераты, брекчии);

- химические осадки образовались в результате выпадения в осадок химических соединений содержащихся в воде (бокситы).

- органогенные породы образовались из крупных скоплений отмерших растительных и животных организмов (водоросли, скелеты). Это известняки, мел, известняк ракушечник, диатомиты.

Применение: сырье для вяжущих веществ.

Метаморфические горные породы образуются из осадочных пород под влиянием высокого давления, высокой температуры и химических реагентов. Бывают видоизмененные магматические (Гнейс) и видоизмененные осадочные (мрамор).

Для данных пород характерно сланцеватое строение, имеющее разные свойства по разным направлениям. Кристаллические сланцы имеют мелкозернистое строение с полностью утраченными первичными текстурами и структурами. Цвет их от темно- до светло-серого. Основная часть породы состоит из зерен кварца, биотита и мусковита. Некоторые разновидности глинистых, кремнистых, слюдистых и иных сланцев являются естественными кровельными материалами - кровельными сланцами. Они должны отвечать определенным требованиям: иметь достаточную плотность и вязкость, твердость, малое водопоглощение, высокую водостойкость, стойкость против выветривания. Плотность кровельных сланцев - около 2,7-2,8 г/см3, пористость - 0,3-3%, предел прочности при сжатии - 50-240 МПа. Кровельные сланцы используют в производстве кровельных плиток для лестничных ступеней, плит для пола, подоконных досок и т.п.).

Гнейсы - породы метаморфического генезиса, образовавшиеся при температуре 600-800°С и высоком давлении. Исходными являются глинистые и кварцево-полевошпатовые породы. В состав гнейсов входят следующие минералы: кварц, биотит, роговая обманка, полевые шпаты. Текстура - массивная, полосчатая, структура - разнозернистая. Применяют гнейсы для кладки фундаментов, в качестве материала для щебня и отчасти в виде плит для мощения дорог.

Кварцитами называют мелкозернистые кварцевые или кремнистые песчаники, их образование связано с перекристаллизацией песчаников. Кварциты содержат 95-99% SiO₂. Важным свойством их является высокая огнеупорность - до 1710-1770°С и прочность на сжатие - 100-455 МПа. В строительстве кварциты используют в качестве стенового камня, щебня и брусчатки.

Мрамор - мелко-, средне- и крупнозернистая плотная карбонатная порода, состоящая главным образом из кальцита и представляющая собой перекристаллизованный известняк. Хорошо полируется. Мрамор широко применяется для внутренней отделки стен зданий, ступеней лестниц и т.п.

Свойства каменных материалов определяются в лабораториях по образцам средней пробы, а также по результатам наблюдения за поведением материала на опытных участках.

Изучая методы испытания каменных материалов и их результаты, всегда следует иметь в виду, что они до некоторой степени условны и не всегда могут правильно указать о возможном поведении материала в деле. Для объективного изучения свойств материалов требуется точное выполнение испытаний, накопление большого количества данных по испытаниям, изучение и анализ этих данных и, наконец, сличение их с уже известной практикой поведения материала в деле. Несовершенство методов определения свойств материалов, неряшливость в определениях и разрозненность показателей приводят к ошибочным выводам о качестве материала.

Умение точно определять свойства материалов особенно важно при использовании для строительства местных, малоизвестных каменных материалов.

Оборудование для испытаний в лабораториях при строительствах, условия и последовательность испытаний должны строго отвечать требованиям соответствующих ГОСТ и инструкций.

Для любых лабораторных испытаний очень ценными являются данные предварительных теологических, визуальных определений образцов породы на месте, непосредственно в полевых условиях.

Среднюю пробу отбирают из месторождения горной породы или от партии поставляемого каменного материала, и она должна характеризовать среднее качество всего месторождения или партии. Порядок и метод отбора средних проб обычно указывается в соответствующих ГОСТ или инструкциях.

По виду обработки природные каменные материалы делят на следующие основные виды:

-грубообработанные (буто­вый камень, валунный камень, щебень, гравий и песок);

-изделия и профилированные детали из природного камня;

-штучный камень и блоки правильной формы (для кладки стен и др.);

-плиты с различно обработанной поверхностью (облицовочные для стен, чис­того пола и др.);

профилированные детали (ступени, подоконники. пояски, наличники, канители колонн и т.д.);

изделия для дорожного строительства (бортовой камень, брусчатка, шашка для мощения).

Природные каменные материалы получают в результате обработки плотных и рыхлых горных пород: раскалыванием, распиливанием, обтесыванием, шлифовкой, дроблением и т. д.

По способу изготовления природные каменные материалы и изделия можно разделить на пиленые (стеновые камни и блоки, облицовочные плиты и плиты для пола) и колотые (бортовые камни, камни тесаные, брусчатка, шашка для мощения и др.).

В соответствии со спецификой технологии производства каменных строительных материалов могут быть выделены три группы:

- штучный стеновой камень — изделия правильной геометрической формы, получаемые непосредственно из горного массива с помощью специальных механизмов;

- облицовочный (или декоративный) камень — изделия, пригодные для отделочных работ;

- нерудные материалы — камень в виде кусков неправильной формы (щебень, гравий и др.) — полупродукт, идущий на производство бетона.