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

372 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

22653. Фотони, квантування електромагнітного поля. Фотони 114.5 KB
  Якщо розглядати поля в обмеженому об`ємі то можна розкласти в ряд Фур`є накладаючи умови періодичності на біжучі плоскі хвилі з урахуванням того що дійсне : і хвильове рівняння перетвориться на рівняння для гармонічного осцилятора: Повна енергія електромагнітного поля в об`ємі : Якщо перейти від комплексних до дійсних т.; То вираз для енергії набуває вигляду Оскільки а отже то можна розкласти ці вектори на два компоненти в площині перпендикулярній: це система гармонічних осциляторів нормальні координати....
22654. Поширення світла в діелектричних середовищах. Дисперсія і поглинання 121.5 KB
  Поширення світла в діелектричних середовищах. Дисперсією світла називається залежність абсолютного показника заломлення від частоти падаючого на дану речовину світла Елм хвилі З означення швидкості світла слідує що також залежить від частоти Дисперсія світла виникає в результаті вимушених коливань заряджених частинок електронів і іонів під дією змінного поля елм хвилі. В класичній теорії дисперсії оптичний електрон розглядається як затухаючий гармонічний осцилятор: где частота власних коливань радіус вектор электрона...
22655. Когерентність хвиль. Явище інтерференції. Інтереферометри 2.34 MB
  Інтереферометри Якщо при складанні двох коливань різніця фаз коливань хаотично змінюється за час спостереження то коливання називаються некогерентними. Тоді середня енергія результуючого коливання дорівнює сумі середніх енергій початкових коливань. амплітуди початкових коливань. Якщо при складанні двох коливань різніця фаз коливань зберігається за час спостереження то коливання називаються когерентними.
22656. Явище дифракції світла. Дифракція Фраунгофера. Дифракція Френеля 1.35 MB
  Дифракція Фраунгофера. Дифракція Френеля. Дифракція світла явище огинання світлом контурів тіл і відповідно проникнення світла в область геометричної тіні. Дифракція є проявом хвильових властивостей світла.
22657. Роздільна здатність оптичних приладів 70 KB
  Характеризує здатність давати зображення двох близько розташованих одна від одної точок обєкта рознесених в просторі. Найменша лінійна кутова відстань між двома точками починаючи з якої їх зображення зливаються і не розрізняються наз. Релей ввів критерій згідно до якого: зображення двох точок можна розрізнити якщо дифр. Предмет знаходиться на а зображення утворюється в фокальній площині об`єктива телескопа з фокусною відстанню f .
22658. Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня 138.5 KB
  Протоколы сетевого уровня реализуется, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах-компьютерах, называемых хостами, а также на промежуточных узлах-маршрутизаторах, называемых шлюзами. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры с соответствующим программным обеспечением.
22659. Інтерференція поляризованих променів при проходженні через кристали 89 KB
  Світло поширюється вздовж вісі OZ. Ніколь N1 забезпечує лінійно поляризоване світло в площині XOY. На пластинку падає лінійно поляризоване світлоко де розпадається на звичайний і незвичайний промені.векторів звичайної і незвичайної хвиль на вході в пластинку у вигляді: де різниця фаз між звичайним і не звичайним променями Склавши два останні рівняння отримаємо Розглянемо два випадки: 1 еліптично поляризоване світло.
22660. Явища обертання площини поляризації падаючого світла в речовинах 359 KB
  Явища обертання площини поляризації падаючого світла в речовинах Відомо що світло це поперечна хвиля тобто вона розповсюджується у напрямку  до площини що утворюють вектори E та H. Частковим випадком еліптичної поляризації є колова поляризація. Деякі речовини при проходженні через них світла можуть змінювати площину поляризації. Це пояснюється поворотом площини поляризації що здійснюється оптично активним зразком схема: Джерело поляризатор зразок аналізатор Розглянемо явище у різних середовищах: 1 Усі одновісні оптично активні...
22661. Основні закони випромінювання. Ф-ла Планка 381 KB
  Основні закони випромінювання. Закон СтефанаБольцмана для ачт : M=σT4 де М енергетична густина випромінення σконстанта Стеф. Закон зміщення Віна: Tλmax=b де bconst яка не залежить від темпер. Класичній підхід: ймовірність що енергія моди лежить в проміжку тоді отримуємо формулу РелеяДжинса: ; Планк: тоді: формула Планка З формули Планка можна отримати закон зміщення Віна і М Т4 при Закон Кіргофа: спектральна випромінююча здатність поглинаюча здатність Це відношення не залежить від природи...