🗊Презентация Природные каменные материалы

Лекция 4. Природные каменные материалы 4.1. Общие сведения Природные каменные материалы – материалы, получаемые механической обработкой или без специальной обработки горных пород. Горные породы – значительные по объему скопления различных минералов в земной коре, образовавшиеся под влиянием одинаковых условий. Минерал – природное тело, одинаковое по химическому составу, строению и химическом свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов, происходящих в земной коре. Свойства минералов оцениваются, в основном, по показателям: твердость; прочность; плотность; химический состав; оптические свойства; тепловые свойства; электрические свойства; магнитные свойства. Механическая обработка: раскалывание; распиливание; дробление. Таким способом получают: облицовочные плиты; камни и блоки для кладки стен; бутовый камень, щебень. Широко используются в современном строительстве: прямое использование – облицовка зданий и инженерных сооружений; возведение стен зданий; устройство лестниц и настилка полов; заполнители для бетонов и растворов; в дорожном и гидротехническом строительстве; в промышленности строительных материалов для получения других материалов: керамики, вяжущих веществ, стекла и др. При таком использовании изменяются строение, состав и свойства исходных горных пород.

4.2. Горные породы и породообразующие минералы Изучение свойств природных каменных материалов основывается на классификации горных пород, учитывающей их происхождение (генезис). По генетической классификации, горные породы делятся на три основные группы: изверженные или магматические (первичные); осадочные (вторичные); метаморфические (видоизмененные). См. табл. 4.1.

4.3. Породообразующие минералы Породообразующие минералы – те, из которых главным образом состоят горные породы. В природе найдено и изучено более 2000 минералов, но лишь 50 из них являются породообразующими. Краткая характеристика основных породообразующих минералов. Минералы группы кремнезема - ряд минералов, представляющих собой модификацию двуокиси кремния: кварц; опал; халцедон. Полевые шпаты (алюмосиликаты натрия, калия, кальция) – наиболее распространенные в природе минералы по массе горных пород: граниты; диориты; габбро; андезиты; сиениты. Железисто-магнезиальные силикаты: габбро; базальты; диабазы. Слюда – группа минералов, представляющие алюмосиликаты слоистой структуры и обладающие совершенной спайностью в одной плоскости. Асбест – группа минералов, представляющие водные силикаты магния и железа, образуют агрегаты, сложенные тончайшими гибкими волокнами, которые легко расщепляются на составляющие их волокна. Глинистые минералы – группа водных силикатов алюминия - составляют основную массу глин, самый распространенный из которых каолинит . Белые каолинитовые глины используют при производстве тонкой керамики - фарфор, фаянс. Кальцит (известковый шпат ) – один из наиболее распространенных минералов в земной коре. Кальцит основной породообразующий минерал таких пород, как мел, известняк, известковый туф, входит в состав мрамора. Магнезит - близок по свойствам к кальциту, но встречается значительно реже. Доломит - по свойствам близок к кальциту, но встречается значительно реже. Гипс - мягкий минерал, кристаллизуется в виде зернистых (алебастр) и волокнистых масс (селенит). Ангидрит - безводная разновидность гипса.

4.4. Важнейшие изверженные породы Глубинные породы. Граниты – наиболее распространенные из всех магматических пород на земле. Глубинная горная порода. Имеет ярко выраженное зернокристаллическое строение (рис. 4.1.). а. б. Рис. 4.1. а. - зерно-кристаллическое строение гранита (К – кварц; О – ортоклаз; С – слюда; б – применение гранита Строительные свойства гранита: , , , морозостойкость > 200 циклов. Габбро – глубинная горная порода, структура кристаллическая, крупнозернистая (рис. 4.2.),

Диориты - , . Повышенная ударная вязкость, устойчивость к выветриванию, хорошо полируется (рис. 4.3.). а. б. Рис. 4.3. а- диориты; б – Алупкинский (Воронцовский) дворец. Порфиры – свойства порфиров близки к свойствам аналогичных им глубинных пород (например, кварцевый порфир), однако вследствие скрытокристаллического или стекловатого строения основной массы и наличия вкрапленников стойкость их против выветривания ниже глубинных (рис. 4.4.). а. б. Рис. 4.4. а - порфировая структура (м.з. – масса мелких зерен; В – «вкрапленники»; б-б применение порфира

Диабазы (аналоги габбро) – плотные кристаллические породы с зернами различной крупности (рис. 4.5.). , обладают большой ударной вязкостью и малой истираемостью. а. б. Рис. 4.5. а – структура диабаза; б – применение диабаза Базальты (аналоги габбро) – самые распространенные излившиеся породы (рис. 4.6.). В зависимости от условий, при которых происходило остывание магмы, структура базальта может быть стекловатой или скрытокристаллической, , . Однако, при наличии трещин и пор значительно понижается, доходя до . Базальты очень твердые и хрупкие, что затрудняет их обработку. а. б. в. Рис. 4.6. а – месторождение базальта; б – камень из базальта; в – утеплитель на основе базальта

Излившиеся пористые породы: вулканические пеплы и пески - порошкообразные частицы вулканической лавы, выброшенные в раздробленном состоянии. При размере частицы - вулканический пепел, - вулканический песок (рис. 4.7.). а. б. Рис. 4.7. а. – вулканический пепел; б – вулканический песок Пемза – легкая пористая (до 80 %) порода, благодаря наличию крупных и мелких замкнутых пор не гигроскопична и морозостойка (рис. 4.8.). Обладает низкой теплопроводностью , малой насыпной плотностью , . а. б. Рис. 4.8. а - пемза; б – пористая структура пемзы

4.5. Важнейшие изверженные породы В составе литосферы на долю осадочных пород приходится ≈ 5 %, занимают ≈ 70 % площади земной поверхности. В зависимости от условий образования осадочные породы подразделяются на три группы: механические отложения; химические осадки; органогенные отложения. Механические отложения образовались в результате разрушения других пород под воздействием процесса выветривания. Наиболее характерные из них следующие: Песчаники – состоят из зерен кварцевого песка, сцементированные природным цементом (карбонатом кальция, водным кремнеземом, глинистыми минералами) (рис. 4.9.). В зависимости от цементирующего вещества песчаники бывают: известняковыми, кремнистыми, глинистыми. . Наиболее прочные и износостойкие кремнистые песчаники. а. б. Рис. 4.9. а – кремнистый песчаник; б – отделочные материалы из песчаника

Конгломераты – сцементированные округлые, гладкие зерна гравия; брекчии – сцементированные природным цементом остроугольные зерна природного щебня (рис. 4.10.). а. б. в. Рис. 4.10. а – конгломераты; б – брекчии; в – применение конгломератов и брекчии Химические осадки образовались в результате выпадения в осадок веществ, перешедших в состав водных растворов в процессе разрушения горных пород (гипс, ангидрид, магнезит, доломит, известковые туфы). Гипс – горная порода белого цвета. , (рис. 4.11.). а. б. Рис. 4.11. а- природный гипс; б – изделия из гипса

Ангидрит - безводный гипс (рис. 4.12). а. б. Рис. 4.12. а – природный ангидрит; б – применение ангидрита Известковые туфы – образовались в результате осаждения из источников подземных углекислых вод. Обладают малой прочностью и хорошо поддаются распиловке (кроме травертина – плотное мелкозернистое строение с ) (рис. 4.13). а. б. в. Рис. 4.13. а – известковый туф; б – применение; в – разработки травертина в карьере Магнезит – кристаллическая порода, состоящая, в основном, из магнезита (рис. 4.14). а. б. в. Рис. 4.14. а – магнезит; б. – разработка магнезита открытым способом; в – применение (теплоизоляционные плиты).

Доломит – состоит, в основном, из минерала доломита с примесью глины и др. По свойствам близки к плотным известнякам (рис. 4.15.), , . а. б. Рис. 4.15. а- доломит; б – применение в отделке фасадов Органогенные породы образуются в результате отложения отмирающего растительного мира и мелких животных организмов в водных бассейнах. К ним относят различные карбонатные и кремнистые горные породы (известняки, мел, диатомит и трепел). Известняки – широко распространенная горная порода состава: . По структуре подразделяют: плотные, Пористые , мраморовидные, ракушечники, оолитовые, землистые (мел). Плотные известняки: , ; пористые , . Мраморовидные известняки – переходные породы от известняков к мраморам: , (рис. 4.16.). а. б. в. Рис. 4.16. а - мраморовидные известняки; б- карьер по разработке мраморовидного известняка; в – применение в античной классике

Известняк-ракушечник – пористая порода. Состоит из раковин и панцирей моллюсков, слабо сцементированных известковым цементом (рис. 4.17.). , , имеет малую теплопроводность и легко распиливаются. а. б. Рис. 4.17. а – известняк-ракушечник; б – разработка известняка-ракушечника в карьере Мел – землистая порода, которая представляет собой затвердевший морской осадок, состоящий из мелких обломков кальцита, одноклеточных организмов и микроскопических раковин. Обладает высокой дисперсностью (рис. 4.17.). Диатомиты и трепелы – богатые аморфным кремнеземом породы. В них содержится до 75÷96 % активного кремнезема (рис. 4.18), , теплопроводность . а. б. Рис. 17. а – разработка мела в карьере; б – строительный мел а. б. в. г. Рис. 18. Разработка диатомита в карьере; б – применение диатомита; в – трепел; г - применение трепела.

4.6. Важнейшие метаморфические породы Мраморы – образовались из известняков (реже доломитов) под действием высоких температур и огромного всестороннего давления. , , водопоглощение 0,1÷0,7 %, относительно высокая прочность на истирание (рис. 4.19). а. б. Рис. 19. а – мрамор; б – применение изделий из мрамора в строительстве Кварциты – метаморфическая разновидность кремнистых песчаников, с перекристаллизованными с сросшимися зернами кварца. Имеют стойкость к выветриванию, , (рис. 4.20). Гнейсы – образовались в результате перекристаллизации гранитов и др. пород при высокой температуре и одностороннем давлении, поэтому они имеют сланцеватое строение, сто определяет их анизотропные свойства. Глинистые сланцы – плотная и твердая глинистая порода сланцевого строения, образовались из глин, сильно уплотнившихся и частично перекристаллизовавшихся под большим односторонним давлением. В отличие от глин не размокают в воде и при увлажнении, не обладают пластичностью.

а. б. в. г. д. е. Рис. 20. а – кварциты; б - применение кварцитов; в – месторождений гнейсов; г – применение гнейсов; д – глинистые сланцы; е – применение в виде кровельного материала

4.7. Материалы и изделия из природного камня Природные камни обладают разнообразным свойствам: высокой прочности; долговечности; широкому диапазону декоративных возможностей; неограниченными запасами. Этот материал прошел испытание временем: сохранились до наших дней монументальные сооружения в Египте, Греции, Италии, России. В Украине широко используются материалы из природного камня. Каменные материалы разделяют: по плотности: на тяжелые и легкие ; по пределу прочности на сжатие (МПа) на марки: для тяжелых от 10 до 100; для легких от 0,4 до 20; по морозостойкости (Мрз): тяжелые: 15÷500; легкие 10÷25. По степени обработки природные каменные материалы различают: грубообработанные (песок, гравий, щебень, бутовый камень); профилированные (пиленые штучные камни и блоки для стен; камни, плиты и профильные изделия для наружной и внутренней облицовки, полов, дорожного строительства).

4.8. Добыча и обработка каменных материалов Технология производства каменных материалов и изделий включает: добычу горной породы; ее обработку. В камнеобрабатывающей промышленности принята следующая классификация горных пород: твердые породы – минералы с твердостью 6-7 (гранит, кварцит, габбро); средние породы минералы с твердостью ≤ 5 (мрамор, плотные известняки, доломиты, некоторые виды туфа); мягкие породы пористые породы с твердостью 2-3 (известняк-ракушечник, ангидрит, гипс); рыхлые породы – песок, гравий, глина. На рис. 21 приведены примеры некоторых станков для механической обработки природных каменных материалов. а. б. в. Рис. 21. а - дисковая распиловочная рамная пила; б – фрезерно-окантовочный станок; в – шлифовально-полировальный станок