226

Природные каменные материалы

Лекция

География, геология и геодезия

Горные породы и породообразующие минералы. Важнейшие изверженные породы. Материалы и изделия из природного камня. Добыча и обработка каменных материалов. Дисковая распиловочная рамная пила. Важнейшие метаморфические породы.

Русский

2012-11-14

379.5 KB

381 чел.

Природные каменные материалы

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.

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. 1.1.

Табл. 1.1.

Генетическая классификация горных пород

Магматические породы (первичные)

Массивные:

глубинные: граниты, сиениты, диориты, габбро;

излившиеся: порфиры, андезиты, трахиты, диабазы, базальты

Излившиеся пористые:

рыхлые: вулканические пеплы, пемзы и др.;

цементированные: вулканические туфы, трассы, туфовая лава.

Осадочные породы (вторичные)

Механические отложения:

рыхлые: пески, гравий, глины, природный щебень

цементированные: песчаники, конгломераты, брекчии.

Химические осадки:

некоторые виды известняков, известняковые туфы, магнезиты, доломиты, гипс, ангидрит.

Органогенные отложения:

мел, большинство известняков, трепелы, диатомиты, опоки.

Метаморфические (видоизмененные) породы

Измененные изверженные породы:

гнейсы (из гранитов).

Измененные осадочные породы:

глинистые сланцы (из глин), мраморы (из известняков), кварциты (из песчаников).

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. Важнейшие изверженные породы

Глубинные породы.

Граниты – наиболее распространенные из всех магматических пород на земле. Глубинная горная порода. Имеет ярко выраженное зернокристаллическое строение (рис. 1.).

 а.       б.

Рис. 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. 2.), , .

 а.       б.

Рис. 2. а. – габбро, структура кристаллическая, крупнозернистая; б – применение габбро

Диориты - , . Повышенная ударная вязкость, устойчивость к выветриванию, хорошо полируется (рис. 3.).

 а.        б.

Рис. 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.).

 а.       б.

Рис. 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. 5. а – структура диабаза; б – применение диабаза

Базальты (аналоги габбро) – самые распространенные излившиеся породы (рис. 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. 6. а – месторождение базальта; б – камень из базальта; в – утеплитель на основе базальта 

(Слайд №7). Излившиеся пористые породы: вулканические пеплы и пески - порошкообразные частицы вулканической лавы, выброшенные в раздробленном состоянии. При размере частицы  - вулканический пепел,  - вулканический песок (рис. 7.).

 а.            б.

Рис. 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. 8.). Обладает низкой теплопроводностью , малой насыпной плотностью , .

а.       б.

Рис. 8. а - пемза; б – пористая структура пемзы

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. 9.). В зависимости от цементирующего вещества песчаники бывают: известняковыми, кремнистыми, глинистыми. . Наиболее прочные и износостойкие кремнистые песчаники.

 

а.       б.

Рис. 9. а – кремнистый песчаник; б – отделочные материалы из песчаника

Конгломераты – сцементированные округлые, гладкие зерна графия; брекчии – сцементированные природным цементом остроугольные зерна природного щебня (рис. 10.).

а.     б.     в.

Рис. 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. 11.).

а.        б.

Рис. 11. а- природный гипс; б – изделия из гипса

Ангидрит  - безводный гипс (рис. 12).

 а.       б.

Рис. 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. 13).

а.    б.     в.

Рис. 13. а – известковый туф; б – применение; в – разработки травертина в карьере

Магнезит – кристаллическая порода, состоящая, в основном, из магнезита  (рис. 14).

а.     б.    в.

Рис. 14. а – магнезит; б. – разработка магнезита открытым способом; в – применение (теплоизоляционные плиты).

(Слайд №11). Доломит – состоит, в основном, из минерала доломита  с примесью глины и др. По свойствам близки к плотным известнякам (рис. 15.),, .

 а.       б.

Рис. 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. 16.).

а.      б.     в.

Рис. 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. 17.)., , имеет малую теплопроводность и легко распиливаются.

 а.       б.

Рис. 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. 17.).

Диатомиты и трепелы – богатые аморфным кремнеземом  породы. В них содержится до 75÷96 % активного кремнезема (рис. 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.

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. 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. 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

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).

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


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34367. Взаимосвязь технологии с экономикой и другими науками 24.5 KB
  Все факторы влияющие на рост производительных сил человека: искусность и квалификация эффективность и оснащенность производства прогресс науки как производительной силы все это прямо или косвенно находит свое воплощение в технических средствах труда. По мере исторического развития процесса труда происходит обогащение производительных сил новыми моментами и новыми производительными силами носящими общественный характер. Технологические отношения охватывают отношения между человеком средствами труда и предметом труда в производственном...
34368. Производственные системы и производственные процессы 25 KB
  Производственные системы и производственные процессы. Так даже для получения сельскохозяйственных продуктов основа природные процессы произрастания необходимо создавать производственные системы. Производственные системы включают все необходимое для производства продукции: 1. Примером производственной системы в материальном производстве являются: завод фабрика организация колхоз и т.
34369. Критерии оценки экономической эффективности пр-ва 23.5 KB
  Показатель экономической эффективности технго процесса должен учитывать все виды затрат. Себестоимость это совокупность материальных и трудовых затрат предприятия на изготовление и реализацию продукции выраженных в денежной форе. Различают основные затраты непосредственно связанные с процессом прва расходы на основные материалы технологическое топливо энергию покупные полуфабрикаты зарплату основных рабочих и расходы связанные с обслуживанием процесса и управлением. В зависимости от доли отдельных элементов затрат в себестоимости...
34370. Оптимизация и экономическая оценка технологических процессов 23 KB
  Другими словами можно определить что расходные коэффициенты это затраты на единицу продукции с учетом качества потребляемого сырья и стоимости. Эти затраты связаны с увеличением степени чистоты используемого сырья. характеризует сколько может получится целевого продукта с единицы сырья. К= m сырья m целевого продукта C1 C2 = Пц Пп В технологических процессах используется несколько видов сырья.
34371. Понятие технологического процесса, основные его параметры и характеристики 30 KB
  Производственный процесс это совокупность всех действий людей и орудий труда необходимых для изготовления или ремонта продукции. Технологический процесс это основная часть производственного процесса направленная на получения из сырья готовой продукции. Экономические: производительность выпускаемой продукции П = Q t кГ ч т ч; где Q количество произведенной продукции кГ т шт. 100 где Qф фактическое количество произведенной продукции кГ т шт.
34372. Динамика произв. затрат при развитии технол. процесса 55 KB
  Прошлого овеществленного труда Тп включающего в себя все затраты труда связанные с получением исходного для данной технологии продукта а также затраты на орудия труда используемые в анализируемом технологическом процессе; 2. Живого труда Тж включающего все затраты человеческого труда предусмотренные в анализируемом технологическом процессе на выпуск готовой продукции. Общие удельные затраты на единицу продукции представляющие собой сумму прошлого и живого труда Тс = Тп Тж min являются наиболее обобщенными технологическими...
34373. Структура технологического процесса 50 KB
  Структура технологического процесса. Любой технологический процесс можно рассматривать как систему более мелких технологических процессов или как часть более сложного техн. В структуре сложного техн. процесса можно выделить всегда элементарный техн.
34374. Основные варианты развития технологических процессов и их характеристика 23 KB
  элементов приводит к росту производительности живого труда за счет высвобождения человека и сокр. труда за счет увеличения доли прошлого труда что соотв. такое развитие процессов при котором увеличение производительности совокупного труда происходит при увеличении затрат прошлого труда за счет механизации и автоматизации вспом. за счет уменьшения как живого так и прошлого труда на единицу продукции.
34375. Закон рационалистического развития технологических процессов 24.5 KB
  развития технологического процесса происходит прямая замена живого труда прошлым. При этом каждое последующее увеличение производительности труда требует все больших затрат прошлого труда на единицу прироста производительности совокупного труда. Достигнутый уровень затрат прошлого труда это техн. Годовые затраты прошлого труда сумма годовых амортизационных отчислений от стоимости оборудования и всех остальных годовых затрат за исключением затрат на предмет труда обозначим через Фт руб год.