🗊Презентация Состав, строение и свойства сырья для производства строительных материалов

Состав, строение и свойства сырья для производства строительных материалов Природные каменные материалы

Главным источником для получения строительных материалов являются горные породы, их используют как сырье для изготовления керамики, стекла, металла, тепло- и гидроизоляционных и других материалов, а также для производства неорганических вяжущих веществ – цементов, извести, строительного гипса. Песок, гравий и щебень применяют в качестве заполнителей для бетонов и растворов. Россия по запасам и разнообразию горных пород не имеет себе равных. Изыскания, проведенные в больших масштабах дают полное представление о запасах и географическом размещении минерального сырья.

Горная порода – это природный минеральный агрегат более или менее определенного состава и строения, являющийся продуктом геологических процессов и образующий в земной коре самостоятельные тела. В зависимости от условий формирования горные породы делят на три генетические группы (классификация горных пород по условиям их образования, генетическому признаку): магматические (изверженные), образовавшиеся в процессе кристаллизации магмы – сложного природного силикатного расплава, поднимающегося из недр Земли к ее поверхности; осадочные – образовавшиеся в результате выветривания магматических горных пород; метаморфические – образованные в результате сложных физико-химических процессов, вызванных сдвигом земной коры .

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Изверженные горные породы делятся на: - глубинные (застывание магмы произошло на глубине в земной коре, магма полностью кристаллизуется); излившиеся (застывание магмы произошло на поверхности Земли, остывание магмы идет быстро и часть ее остается в стекловатом или скрытокристаллическом состоянии; рыхлые обломочные (магма выбрасывается вместе с газами и быстро остывает); - цементированные (образовавшиеся из твердых продуктов вулканического происхождения).

Осадочные горные породы - их происхождение связано с действием воды, ветра, микроорганизмов, изменениями температуры и других факторов, в результате которых происходит разрушение изверженных горных пород. Совокупность этих процессов называется выветриванием. Метаморфические породы образовались в результате метаморфизма, главными природными факторами которого являются температура, давление и химически активные вещества. Порода при таком метаморфизме остается в твердом состоянии и только в частных случаях переплавляется. При метаморфизме изменяются структура, текстура, минералогический, а часто и химический состав породы.

По составу горные породы представляют собой совокупность одного или нескольких минералов. Минералами называются природные физические и химические однородные тела, возникающие в земле или синтезированные в заводских условиях в результате физико-химических процессов. Каждый минерал отвечают определенному состоянию и составу среды, в которой он возникает. В большинстве случаев минералы – твердые тела, обладают преимущественно кристаллической формой. Многие минералы анизотропны – отличаются тем, что некоторые физические свойства различны по разным направлениям.

Породообразующие минералы изверженных горных пород К породообразующим минералам изверженных горных пород относятся кварц, полевые шпаты, слюды, темноокрашенные минералы. Кварц – состоит из кремнезема SiO2 в кристаллической форме, является одним из самых прочных и стойких минералов. Он обладает высокой прочностью при сжатии (до 2000 МПа), высокой твердостью-7, высокой кислотостойкостью и химической стойкостью при обычной температуре. Цвет кварца чаще всего встречается молочно-белый, серый. Плотность 2,65 г/см3 . Выдерживает высокие температуры.

Группа полевых шпатов Ортоклаз –«прямораскалывающийся» - гидроалюмосиликат калия. Плагиоклаз – «косораскалывающийся» - гидроалюмосиликат натрия. Температура плавления – 1200-1600 0C. Предел прочности при сжатии 120-170МПа. Твердость – 6. Плотность 2,57 г/см3. Выветривание полевых шпатов происходит под влиянием воды, содержащей углекислоту.

Группа слюд Слюды –это сложные алюмосиликаты калия, магния, железа. Наиболее часто встречаются биотит и мусковит. Слюды имеют весьма совершенную спайность; они делятся на тонкие листочки с совершенно гладкими поверхностями. Биотит – железисто-магнезиальная слюда, цвет – черный, плотность 2,8-3,2 г/см3. Мусковит – калиевая слюда, прозрачная, плотность 2,7-3,1 г/см3. К выветриванию мусковит более стоек, чем биотит. Значительное количество слюды в составе горной породы значительно снижает механическую прочность, затрудняя полировку поверхности горной породы.

Группа темноокрашенных минералов Железисто-магнезиальные силикаты. Эти минералы содержат силикаты магния, железа, кальция. Различают следующие группы: Пироксены (авгит, диопсид); Амфиболы (роговая обманка); Оливин (форстерит). Минералы этой группы имеют очень темную окраску; Твердость – 7; плотность – 3,0-3,6 г/см3; прочность при сжатии 300-400 МПа. Высокая стойкость к выветриванию. Повышенное содержание этих минералов в горной породе увеличивает многие технические качества породы.

Породообразующие минералы осадочных горных пород Группа алюмосиликатов: к ней относятся глинистые минералы – каолинит, галлуазит и т.д. Общая химическая формула mAl2O3nSiO2pH2O. Чаще всего встречается каолинит Al2O32SiO22H2O. Образуется при выветривании полевых шпатов. Группа карбонатов. Наиболее часто встречается кальцит CaCO3 , весьма распространен в осадочных породах, плотность 2,7 г/см3 Твердость -3. Растворимость резко возрастает при содержании в воде CO2. магнезит MgCO3 , встречается в виде плотных зернистых агрегатов, тяжелее и тверже кальцита. доломит CaMg(CO3)2, по свойствам ближе к кальциту, более тверд и прочен, хуже растворим в воде.

Группа сульфатов Минералы этой группы гипс CaSO42H2O, ангидрит CaSO4 . Гипс имеет кристаллическое строение, кристаллы могут быть пластинчатыми, столбчатыми, игольчатыми и волокнистыми. Твердость -2. Плотность 2,3 г/см3 В воде растворяется сравнительно легко. Ангидрит встречается реже, прочность и твердость выше, чем у гипса

Магматические горные породы Глубинные породы: гранит, сиенит, диорит и габбро. Гранит – одна из самых распространенных на земле горных пород. Обладает благоприятным для строительного камня составом, отличающимся высоким содержанием кварца (25-30%), натриево-калиевых шпатов (35-40%), плагиоклаза (20-25%), небольшим количеством слюды. Граниты имеют высокую механическую прочность при сжатии – 120-250 МПа, малую пористость, высокую морозостойкость. Весьма разнообразны по цвету, зависящему от окраски полевых шпатов. Гранит применяется для внешней облицовки зданий и сооружений, особенно гидротехнических; строительства фундаментов, тротуарных плит, ступеней; в крупных кусках – для колонн зданий и памятников; в дробленом виде, в виде щебня – для производства тяжелых бетонов и в дорожном строительстве.

Сиенит встречается гораздо реже. Породы окрашены в розовые, зеленоватые, серые тона, что зависит от цвета полевых шпатов. По физико-механическим свойствам сиениты близки к гранитам, несколько уступая им в прочности из-за отсутствия кварца. Диорит и габбро содержат значительное количество темноокрашенных минералов, что изменяет ряд свойств этих горных пород. По сравнению с гранитом и сиенитом цвет их более темный, увеличивается средняя плотность. Они обладают высокой сопротивляемостью к удару и низкой истираемостью. Декоративной разновидностью габбро является лабрадорит.

Излившиеся породы Излившиеся горные породы образовались в результате излияния магмы, ее охлаждения и застывания на поверхности земли, поэтому в большинстве случаев они состоят из отдельных кристаллов, вкрапленных в основную мелкокристаллическую, скрытокристаллическую и даже стекловатую массу. Трахиты по своему минеральному и химическому составу схожи с сиенитами, но более пористы. Легко обрабатываются но не полируются. Андезиты - излившиеся аналоги диоритов. Применяют в качестве кислотостойкого материала. Базальты – излившиеся аналоги габбро, очень плотные породы черного цвета, трудно обрабатываются из-за большой твердости и хрупкости. Применяют в качестве бутового камня, являются исходным материалом для литых каменных изделий.

Обломочные и цементированные породы Рыхлые породы классифицируются по размеру частиц: Пепел – 0,15 мм; Песок – 0,15-0,5 мм; Пемза – не менее 0,5 мм. Пемза – легкая пористая порода, похожая на застывшую пену. Состоит в основном из аморфного кремнезема и глинозема. Применяется как активная гидравлическая добавка, абразивный материал, заполнитель для легких бетонов. Вулканические туфы – образуются в результате последующей цементации рыхлых пород. Применяется в качестве легкого штучного стенового материала, как заполнитель для легких бетонов, в виде активной минеральной добавки.

Осадочные горные породы Рыхлые породы Глины – широко распространены на земной поверхности. Окраска глин зависит от примесей. Глины применяются для изготовления керамических изделий и при производстве портландцемента. Пески – рыхлый материал с размером зерен 0,16-5 мм. По минералогическому составу пески бывают: Кварцевые - используются в стекольной, фарфоро-фаянсовой промышленности; как абразивный материал; заполнитель для растворов и бетонов. Полевошпатные – применение ограничено. Известковые. Туфовые. Гравий, щебень – образуются в результате неполного выветривания горных пород. Применяются как заполнитель для бетонов, в дорожном строительстве.

Цементированные породы Обломочные породы могут превратиться в плотную породу в результате уплотнения самих обломков или цементацией посторонним веществом. Песчаники – прочность их достаточно высокая, но они имеют большую среднюю плотность и высокий коэффициент теплопроводности. Применяются для фундаментов, облицовки зданий и опор мостов, как бутовый камень. Конгломерат - образован в результате цементации гравия. Брекчия – в результате цементации естественного щебня.

Химические осадки К этой группе относят сульфаты и карбонаты Гипс и ангидрит – имеют строение мелкозернистое, плотное, волокнистое; в естественном виде применяются редко. Основное применение – производство вяжущих веществ. Известняки – применяются в качестве бутового камня, щебня, облицовочного материала, сырья для изготовления вяжущих веществ. По большей части они бывают загрязнены примесями: кремнеземом, глиной, карбонатом магния. Доломиты и магнезиты – применяются как штучный камень; для получения магнезиальных вяжущих веществ и огнеупоров.

Органогенные и зоогенные породы Зоогенные – различные виды известняков (мел, ракушечник). Мел – состоит из мельчайших остатков раковин простейших организмов. Широко применяют для побелки, приготовления шпатлевок, производства извести, цемента, в производстве стекла. Ракушечник – сцементированные раковины и их обломки. Является хорошим местным стеновым материалом для строительства жилых домов. Фитогенные – к ним относят диатомит, трепел. Диатомит – легкая горная порода. Трепел – состоит из скоплений мельчайших округлых кремнистых шариков. Средняя плотность этих пород колеблется от 300 до 1000 кг/м3 Широко используются как теплоизоляционные материалы и в качестве активных минеральных добавок.

Метаморфические горные породы Под метаморфизмом понимают всю совокупность физико-химических процессов, которые ведут к изменению горных пород после образования под влиянием высоких температур и давлений. В этих условиях может происходить кристаллизация минералов без их плавления. Видоизменению (метаморфизму) могут подвергаться как породы изверженные, так и осадочные. Структура метаморфических пород, как правило, полнокристаллическая, текстура – сланцеватая, полосчатая, массивная.

Главный представитель этой группы – гнейс. Эта зернисто-кристаллическая горная порода, образовалась путем метаморфизма гранита. Минеральный состав – калиевый полевой шпат, плагиоклаз, кварц, слюда. Отличается от гранита сланцеватостью, что снижает прочностные свойства и морозоустойчивость породы. Применяются в фундаментах, в качестве бутового камня и облицовочного материала. Сланцы образуются путем уплотнения глин. Порода не обладает полнокристаллической структурой; хорошо колется на тонкие плитки, может применяться в качестве кровельного материала.

Кварцит – массивная горная порода, образовалась при метаморфизме кварцевых песчаников. Это сплошная зернисто-кристаллическая масса, в которой нельзя различить границу зерен кварца и природного цемента. Обладает очень высокой прочностью при сжатии - 1000 МПа; высокой атмосферо- и морозостойкостью; малым истиранием и высокой огнеупорностью. Применяется для облицовки гидротехнических сооружений, в качестве сырья для производства огнеупоров. Мрамор – массивная горная порода, образовавшаяся из плотных известняков. Широко используется в облицовочных, художественных и скульптурных работах. Хорошо пилится и полируется. Мрамор легко разрушается при действии воды и серного ангидрида.

Защита каменных материалов от разрушения Основными причинами разрушения каменных материалов в сооружениях являются механические, физические и химические процессы, возникающие вследствие воздействия воды, кислорода воздуха, фабричных газов, пыли, мороза, солнечных лучей, деятельности растений и т.д. Во избежание разрушения камня необходимо применять: Конструктивные меры – устройство хорошего стока воды; Механическую защиту – создание на поверхности материала непроницаемого слоя при помощи полировки, шлифовки. Консервирование камня – пропитку верхнего слоя растворами, которые в дальнейшем затвердевают, заполняя поры материала нерастворимыми веществами.