Горные породы, применяемые для получения природных каменных материалов и изделий.
1.Минералами (от лат. minera ‒ руда) называют физически и химически однородные кристаллические тела, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов (рис.2.1.). Минералы образуются в земной коре, входят в состав мантии и более глубоких слоев планеты, рассеяны в гидросфере и атмосфере. Минералы слагают также Луну, многие планеты и их спутники, астероиды, входят в состав метеоритов и мельчайших частиц космической пыли, падающих на поверхность Земли. Они также образуются при столкновении с Землей крупных космических тел.
К минералам относят и кристаллические продукты жизнедеятельности различных организмов, например сульфит редуцирующих бактерий, благодаря которым самородная сера и карбонат кальция образуются за счет гипса. Минералы входят в состав тканей животных и растений. Минералы, образуя органоминеральные агрегаты, например, в виде апатита в костях, флюорита в зубах, тридимита в скелете радиолярий и т.д. После отмирания организмов, некоторые из этих минералов образуют скопления ценного минерального сырья, например, фосфоритов, трепека и т.д.
Генетическая классификация горных пород. Земная кора сложена в основном полевыми шпатами и кварцем, на их долю приходится 55 и 10 % соответственно (данные А.Е. Феремана), широко распространены также пироксены, амфиболы, хлориты, слюды, глинистые минералы, карбонаты и др. Сравнительно часто встречаются еще несколько десятков минералов. Остальные очень редки.
В состав минералов входит большинство химических элементов периодической системы. Различают видообразующие элементы – Si, O, H, Al, Ca, Na, Mg, Cu, Pb, S, и др. Минералы представлены следующими основными типами химических соединений:
Ø простыми веществами или самородными элементами – самородная сера, графит, самородная медь, золото, платина и др.;
Ø оксидами и гидрооксидами: корунд Al2O3, рутил TiO2, куприт Cu2O и др.;
Ø солями различных кислородсодержащих и бескислородных кислот: галит NaCl, пирит FeS2, кальцит CaCO3, барит BaSO4 и др.
Для многих солей характерны комплексные анионы (радикалы): в силикатах [SiO4]4+, в карбонатах [СО3]2-, в фосфатах [РО4]3- и др. Способность минералов к образованию соединений переменного состава называется изоморфизмом (греч. «изоа» – одинаковый; «морфо» – форма), который состоит во взаимном замещении атомов и ионов в кристаллических решетках минералов без нарушения их строения. Изоморфизм обусловлен близостью свойств атомов и ионов, а также воздействием температуры, давления, концентрацией компонентов. Пример. Изоморфный ряд группы плагиоклазов (кл. силикаты и п/кл. полевые шпаты), крайние члены которых альбит Na [AlSi3O8] и анортит Ca [Al2Si2O8].
В основу современной классификации минералов положены принципы, учитывающие наиболее существенные признаки минеральных видов – химический состав и кристаллическую структуру. В соответствии с этим классификация может быть представлена в следующем виде:
1 класс – самородные элементы или простые вещества. Кроме самородных металлов (Au, Ag, Pt, Hg, Cu), полуметаллов (As, Sb, Bi) и неметаллов (C, S), сюда условно относятся малораспространенные нитриды, карбиды, фосфиды, силициды.
2 класс– сульфиды и их аналоги – арсениды, антимониты, висмутиды, теллуриды, селениды. (S-)
3 класс – галоиды (галогениды), кроме хлоридов, фторидов, бромидов и иодидов относятся также окси- и гидрогалоиды (Cl-, Br-, I-, F-).
4 класс – окислы и гидроокислы (О2-, ОН-).
5 класс- силикаты, алюмосиликаты и их аналоги – боросиликаты, титаносиликаты, цирконосиликаты, бериллосиликаты (SiO44-).
6 класс – бораты (ВО2)-, борацит, примеры бура (водный борат).
7 класс – карбонаты [CO3]2-.
8 класс – нитраты [NO3]-.
9 класс – фосфаты и их аналоги – арсенаты и ванадаты [РО4]3-.
10 класс – сульфиты и их аналоги – техлураты и селенаты.
11 класс – молибдаты и вольфраматы [МоО4]2- повелит, [WO4]2- вольфрамит.
Классы подразделяются на подклассы, классификационным признаком которых служит структурный тип минералов. В большинстве классов выделяются подклассы минералов с координационной, островной, цепочечной, слоистой и каркасной структурами.
Наряду с кристаллохимической, существуют и другие классификации минералов, основанные на иных принципах. Например, генетическая классификация основана на типе генезиса минералов, в технологии переработке руд используют классификации на основе их физических (разделительных) свойств, например по магнитности, плотности, растворимости, плавкости и др. признакам.
Рис.2.1. Породы
Земная кора сложена различными минеральными агрегатами, называемыми горными породами. Горные породы могут быть мономинеральными (мрамор) или полиминеральными (гранит). Минеральный состав каждой горной породы более или менее одинаков. Химический состав ее, естественно, зависит от того из каких минералов она состоит. Горная порода образуется в определенных геологических условиях, которые влияют на форму ее залегания, характер и взаимоотношения составляющих ее минералов – структуру и текстуру (рис.2.2.).
Каждая порода отличается от других пород также и по физическим свойствам: окраске, плотности, механической прочности, плавкости и т.д. Таким образом, горная порода – это агрегат более или менее количественно и качественно постоянных минеральных зерен, отличающихся определенным строением, физическими свойствами и геологическими условиями образования.
В качестве природных каменных материалов в строительстве используют горные породы, которые обладают необходимыми строительными свойствами. По геологической классификации горные породы подразделяют на три типа:
1) изверженные (первичные),
2) осадочные (вторичные),
3) метаморфические (видоизменённые).
1.) Изверженные (первичные) горные породы образовались при остывании поднявшейся из глубин земли расплавленной магмы. Строения и свойства изверженных горных пород в значительной степени зависят от условия остывания магмы, в связи с чем, эти породы подразделяют на глубинные и излившиеся. Глубинные горные породы образовались при медленном остывании магмы в глубине земной коры при больших давлениях вышележащих слоёв земли, что способствовало формированию пород с плотной зернисто-кристаллической структурой, большой и средней плотностью, высоким пределом прочности при сжатии. Эти породы обладают малым водопоглащением и высокой морозостойкостью. К этим породам относят гранит, сиенит, диорит, габбро и др. Излившиеся породы образовались в процессе выхода магмы на земную поверхность при сравнительно быстром и неравномерном охлаждении. Наиболее распространёнными излившимися породами являются порфир, диабаз, базальт, вулканические рыхлые породы.
2.) Осадочные (вторичные) горные породы образовались из первичных (изверженных) горных пород под воздействием температурных перепадов, солнечной радиации, действия воды, атмосферных газов и др. В связи с этим осадочные горные породы подразделяют: на обломочные (рыхлые), химические и органогенные. К обломочным рыхлым горным породам относят гравий, щебень, песок, глину. Химические осадочные породы: известняк, доломит, гипс. Органогенные горные породы: известняк-ракушеч-ник, диатомит, мел.
3.) Метаморфические (видоизменённые) горные породы образовались из изверженных и осадочных горных пород под влиянием высоких температур и давлений в процессе поднятия и опускания земной коры. К ним относят глинистый сланец, мрамор, кварцит.
Классификация и основные виды природных каменных материалов. Природные каменные материалы и изделия получают путём обработки горных пород.
По способу получения каменные материалы подразделяют на:
Ø рваный камень (бут) – добывают взрывным способом;
Ø грубоколотый камень – получают раскалыванием без обработки; дроблёный – получают дроблением (щебень, искусственный песок);
Ø сортированный камень (булыжник, гравий).
Каменные материалы по форме делят на:
Ø камни неправильной формы (щебень, гравий):
Ø штучные изделия, имеющие правильную форму (плиты, блоки).
Рис.2.2. Структура и текстура горных пород.
Щебень – остроугольные куски горных пород размером от 5 до 70 мм, получаемые при механическом или природном дроблении бута (рваный камень) или естественных камней. Его используют в качестве крупного заполнителя для приготовления бетонных смесей, устройства оснований.
Гравий – окатанные куски горных пород размером от 5 до 120 мм, также используется для приготовления искусственных гравийно-щебёночных смесей.
Песок – рыхлая смесь зёрен горных пород размером от 0,14 до 5 мм. Он образуется обычно в результате выветривания горных пород, но может быть получен и искусственным путём – дроблением гравия, щебня, и кусков горных пород.
Контрольные вопросы:
1. Какие строительные материалы и изделия получают из горных пород?
2. Воспроизведите классификацию горных пород по условиям их образования?
3. Из каких минералов состоят основные магматические породы (габбро, диабазы и базальты), их характерные свойства?
4. Как образовались осадочные породы?
5. В каких условиях образовались метаморфические породы?
6. Какие природные каменные материалы применяют для облицовки?
7. Сущность работ по флюатированию камня. Способы уплотнения поверхности камня кремнийорганическими соединениями и другими веществами.
Литература:
1. Горбунов Г.И. Основы строительного материаловедения: – М.: ИАСВ, 2006 г.
2. Попов Л.Н. Строительные материалы и изделия – М., Высшая школа, 2002 г.
3. Комар В.С. Строительные материалы и изделия – М., Высшая школа, 1987 г.
Задание: Самостоятельно изучить следующие вопросы:
1. Характерные сходства минералов образующих магматические породы.
2. Какие минералы придают горным породам высокую вязкость и прочность?
3. Горные породы, применяемые в тяжелых и легких бетонах.
4. Породы, применяемые для производства минеральных вяжущих.
5. Породы, состоящие из карбонатов и сульфатов кальция и магния.
6. Что представляет собой мергель? Где он используется?
7. Для каких целей в строительстве применяют гранит, диабаз, базальт, кварцит, известняк, мел? Влияние на них высоких температур.
Задание СРСП: Подготовить рефераты по теме: Важнейшие породообразующие минералы и их основные свойства.
Задание СРС: Подготовить рефераты и доклады по темам:
1. Природные каменные материалы специального назначения. Коррозия природного камня и способы защиты от неё.
2. Виды фактуры отделочных изделий из природных каменных материалов и способы их получения.
3. Породообразующие минералы: минералы групп кремнезёма, полевых шпатов, железистомагнезиальных силикатов, слюд, глинистых минералов, карбонатов, сульфатов: их отличительные черты, определяющие наличие в горных породах тех или иных свойств.