Классификация и основные виды горных пород и минералов

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. магматические (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 водопоглощением 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-ракушечник, 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.

Породообразующие минералы

2.2.1. Группа кварца

2.2.2. Группа глинозема (алюминатов)

2.2.3. Группа алюмосиликатов

2.2.4. Группа железисто-магнезиальных силикатов

2.2.5. Группа карбонатов

2.2.6. Группа сульфатов

Общепринятая в настоящее время кристаллохимическая классификация минералов подразделяет все минералы на классы и выглядит она следующим образом:

I. Раздел Самородные элементы и интерметаллические соединения

II. Раздел Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения

· 1. класс Сульфиды и им подобные соединения

· 2. класс Сульфосоли

III. Раздел Галоидные соединения (Галогениды)

· 1. класс Фториды

· 2. класс Хлориды, бромиды и иодиды

IV. Раздел Окислы (оксиды)

· 1. класс Простые окислы

· 2. класс Сложные окислы

· 3. класс Гидроокислы или окислы, содержащие гидроксил

V. Раздел Кислородные соли (оксисоли)

· 1. класс Нитраты

· 2. класс Карбонаты

· 3. класс Сульфаты

· 4. класс Хроматы

· 5. Класс Вольфраматы и молибдаты

· 6. Класс Фосфаты, арсенаты и ванадаты

· 7. Класс Бораты

· 8. Класс Силикаты

· А. Островные силикаты.

· Б. Цепочечные силикаты.

· В. Ленточные силикаты.

· Г. Слоистые силикаты.

· Д. Каркасные силикаты.

VI. Раздел Органические соединения

Представленная выше классификация не может считаться исчерпывающей, так как в нейминерал рассматривается только как минеральный вид. Минеральный вид — совокупность минералов данного химического состава с данной кристаллической структурой

15 Природные каменные материалы получают путем механической обработки скальных горных пород. При этом разрушается монолитность исходного сырья и частично его структура. В основе классификации природных каменных материалов лежит технология их производства.
Весь комплекс работ по добыче каменных материалов называют горными работами. Разрабатываемые месторождения именуются карьерами, а выработанные пространства, образующиеся в процессе добычи ископаемых – карьерными выработками. Обычно при добыче полезных ископаемых попутно получают определенное количество непригодной для строительства так называемой пустой породы

В значительных объемах горные породы идут на получение природных каменных строительных материалов и изделий: щебня, песка, бутового камня, элементов дорожной одежды, плит облицовки, архитектурных деталей и т.д. В настоящее время добывается более 700 млн. т камня в год.

2.2.1. Группа кварца

Кварц - основной представитель группы, самый распространенный минерал земной коры, состоящий из кристаллического кремнезема SiO₂

2.2.2. Группа глинозема (алюминатов)

Второе место после кремнезема в земной коре занимает глинозем А1₂0₃. В природе свободный глинозем встречается в виде минералов корунда и др. глиноземистых минералов

2.2.3. Группа алюмосиликатов

Обычно глинозем в природе находится в виде химических соединений с кремнеземом и другими окислами, называемыми алюмосиликатами. Самыми распространенными в земной коре алюмосиликатами являются полевые шпаты, составляющие более половины всей литосферы. К группе алюмосиликатов относятся также такие довольно распространенные минералы, как полевые шпаты, слюды, каолиниты и монтмориллониты.

2.2.4. Группа железисто-магнезиальных силикатов

Для минералов этой группы характерен темный цвет, поэтому их еще называют темно-окрашенными минералами. Плотность их больше, чем других силикатов, ρ_о = 3,0-3,6 т/м³; Н = 5,5-7,5, ударная вязкость значительна. При высоком их содержании в горных породах, последние имеют темный цвет, большую плотность и повышенное сопротивление удару. Наиболее распространенные минералы этой группы - роговая обманка, авгит, оливин и серпентин.

2.2.5. Группа карбонатов

Карбонаты являются основными породообразующими минералами для большинства осадочных пород: известняков, мела, магнезитов, диатомитов; важнейшие из них кальцит, магнезит и доломит.

2.2.6. Группа сульфатов

Сульфаты являются породообразующими минералами ряда осадочных пород. Важнейшими из этой группы являются: гипс и ангидрит.

3.5. Основные метаморфические породы.

Из числа метаморфических пород в строительстве применяют мраморы. кварцит, гнейсы, глинистые сланцы.

Эта группа пород образовалась под влиянием метаморфизма, под которым понимают преобразование горных пород, происходящее в недрах земной коры под влиянием высоких температур и давлений. В этих условиях может происходить перекристаллизация минералов без их плавления. Главными факторами метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества - растворы, газы, под действием которых породы любого состава и генезиса (магматические, осадочные или уже ранее морфизированные) подвергаются изменениям.

При формировании метаморфических пород велика роль направленного давления.

Виды:

А.Измененные изверженные горные породы (гнейсы)

Б.Измененные осадочные породы (мрамор, кварцит, глинистые сланцы

Породы группы мраморов относятся к числу самых распространенных пород, используемых при изготовлении облицовочных плит. Мрамор образуется из известняка и других карбонатных пород под действием высоких температур и давления в результате регионального и контактного метаморфизма. Породы группы мраморов бывают полностью раскристаллизованы (собственно мраморы) или частично раскристаллизованы (мраморовидные известняки). По величине зерна различают мелко-, средне- и крупнозернистые разновидности. Наибольшей прочностью, износостойкостью и долговечностью обладают мелкозернистые разновидности. По однородности размеров зерен различают равномерно- и неравномернозернистую структуру; по характеру границ между зернами - мозаичную, зубчато-мозаичную и зубчатую структуру. Тесная взаимосвязь зерен обеспечивает долговечность и износостойкость пород (особенно зубчатая и зубчато-мозаичная структура). Текстура пород слоистая, массивная.

Мраморы используются для изготовления декоративных и облицовочных материалов для внутренней отделки зданий, архитектурных деталей, а также подоконных досок, лестничных ступеней, плит для пола, облицовки хаммамов и др. изделий. Однако мрамор не рекомендуется применять для наружной отделки зданий, так как под влиянием влаги, отрицательных температур, воздействием сернистого газа, содержащегося в воздухе промышленных городов, он выветривается, разрушается, теряет блеск полировки, цвет его изменяется. Внутреннее убранство турецких бань (хаммамов) всегда было роскошным. Хаммамы всегда считались на Востоке источником истинного наслаждения. Основной отличительной чертой хаммамов является особый температурный режим. Мрамор и мозаика - основной отделочный материал хаммама. Купол или сводчатый потолок всегда отделывают мрамором или мозаикой. Стены можно отделывать и мрамором и мозаикой, а горизонтальные поверхности скамей - всегда только мрамором. Пол в хаммаме делают мраморным или мозаичным, в зависимости от проекта заказчика. Мозаичные бордюры, художественные панно на стенах, в восточных нишах и на куполе, придают хаммаму потрясающий эффект тонкого восточного стиля.

По цвету мраморы делятся на белые и цветные (розовые, желтые, серые, голубые, зеленоватые, красноватые, черные, коричневые, а также различные сочетания этих цветов). Цветным мрамором свойственно наличие прожилок, представляющих собой трещины, заполненные природными цементами. Наиболее ценной разновидностью является чистый, белый статуарный мрамор, который используется для изготовления скульптур. Мраморные конгломераты, брекчии и конглобрекчии состоят из различных галек и кусков природного щебня, скрепленных известковым цементом; им свойственна пестрота цвета. В мраморном ониксе ценится просвечиваемость.

Породы группы мраморов прочны, достаточно износостойки, плотны, декоративны, хорошо обрабатываются и легко принимают полировку. Объемная масса колеблется от 2,3 до 2,6 т/м3, пористость от 0,6 до 3,3%, прочность на сжатие от 30 до 153 МПа, твердость по шкале Мооса от 3 до 4.

Мрамор поражает разнообразием цветов и оттенков. Классический белый мрамор, из которого была сделана статуя Венеры Милосской, или камень, переливающийся розовыми, желтыми, коричневыми и даже черными оттенками, может создать неповторимый интерьер и оживить привычный мир вещей. Наиболее ценное месторождение мрамора находится в Апуанских Альпах в Карраре. В России месторождений немного, их можно пересчитать по пальцам: Коелга, Першинское и Кибик Кордон. Для производства столешниц, украшения стен и пола часто используют мозаику из камня. Это может быть полированный мрамор в сочетании с искусственно состаренным камнем. Вид старого камня достигается путем обкатки кубиков мозаики в специальном барабане: камни трутся друг о друга, приобретая скругленные формы. Так как мрамор легкий, впитывающий материал, особое внимание следует уделить защите мрамора от химических реагентов, в частности соляной кислоты. Высокие температуры также могут испортить поверхность мрамора, поэтому любое термическое воздействие (будь то чашка горячего чая, поставленная на мраморный столик, или радиатор возле стены) губительно для мрамора. При попадании на поверхность абразивных частиц, например песка, мрамор будет исцарапан, но если вы истинный ценитель чистоты, смело покрывайте пол мраморными плитками. Кстати, при их укладке следует применять только специальные клеевые составы и штукатурки, так как обычный клей может оставить на мраморе пятна - впитанные солевые и красящие добавки. Для ухода за мрамором используют каменные пропитки или пчелиный воск, которые защитят мрамор от кислот и щелочей. Для придания блеска и улучшения цвета мраморной поверхности подойдут различные мастики. Стоимость мраморных плиток колеблется от 30 до 120 $/м².

По классификации В.И. Лучинского, осадочные породы в зависимости от условий их образования делят на следующие три основные подгруппы:

1) механические отложения или обломочные породы;

2) химические осадки;

3)органогенные отложения.

Щебень, гравий и песок применяются для отсыпки насыпей, балласта, заполнителей для бетонов и растворов. Глина используется в производстве вяжущих и керамических материалов.

Они обладают высокой стойкостью, в том числе и кислотостойкостью, значительной водо- и морозостойкостью, их показатели: р₀=2,3-2,6 т/м³, R_сж = 100-250 МПа.

К химическим осадкам относят некоторые виды известняков, известковые туфы, магнезиты, доломиты, гипс, Состоят они, как правило, из минералов группы сульфатов и карбонатов (СаСО₃, МgСО₃, СаSО₄ ).

К органогенным породам относят различные карбонатные и кремнистые горные породы, из них для строительных целей используют известняки, извести яки-ракушечники, мел, диатомит, трепел.

Диатомит, трепел и опоку используют в производстве легкого кирпича, теплоизоляционных материалов, а также в качестве активных гидравлических добавок к вяжущим.

Технические свойства изверженных пород в значительной мере зависят от их химического состава. В зависимости от содержания кремнезем в свободном и химически связанном состоянии эти породы подразделяются на кислые (SiO₂>65%);средние (SiO₂ 55-65%) и основные (SiO₂<50%). Так как магма с одинаковым химическим составом могла отвердевать в глубине или изливаясь на поверхность, то каждой глубинной породе соответствует аналогичная излившаяся порода (табл. 2).

Из данных табл. 2 следует, что по мере увеличения основности горных пород, т.е. по мере переходов от гранита к габбро или от порфиров к диабазам, средняя плотность, прочность, ударная вязкость возрастают, а цвет становится все темнее.

Гранит. Основные свойства характеризуются следующими показателями: р_о=2,6-2,7 т/м³, R_сж=100-250 МПа, Тпл. W=0,1-0,8%, F=200 и более циклов

применяются в строительстве для получения щебня, изготовления высокопрочного и морозостойкого тяжелого и асфальтовых бетонов, облицовочных плит, ступеней, плит для полов, бутового камня для кладки стен и фундаментов. Гранит используют для облицовки гидротехнических сооружений, набережных, опор мостов, туннелей, цоколей и др. частей зданий, монументальных сооружений.

Свойства строительных материалов в значительной степени зависят от их структуры, химического, минералогического и фазового состава, на которые, в свою очередь, влияют условия их образования в природе или свойства сырья, а также особенности технологии изготовления и обработки искусственных строительных материалов.
В зависимости от строения материалы могут быть плотными (гранит, сталь), пористыми (пеностекло, ячеистые бетоны), пухкозернистимы (песок, щебень), слоистыми (фанера, слоистые пластики) и волокнистые (шлаковата, древесина). Строение материала существенно влияет на его свойства. Например, чем больше пористость, тем легче материал, меньший коэффициент теплопроводности. По структурным состоянием материалы подразделяют на изотропные, что во всех направлениях имеют одинаковые свойства, поскольку частицы, из которых состоит материал, равномерно распределены в массе, и анизотропные, имеющих слоистую или волокнистое строение с определенной направленностью слоев, в связи с чем их свойства в разных направлениях различны
Строительные материалы минерального происхождения могут находиться в кристаллическом и аморфном состояниях. Большинство природных и искусственных каменных материалов-это кристаллические тела, для которых характерно правильное размещение ионов в виде пространственной решетки в отличие от аморфных, где атомы расположены хаотично. Это состояние также влияет на свойства материалов.
На свойства строительного материала существенно влияет на его состав. Химический состав обычно характеризуется количеством оксидов, содержащиеся материал. По наличию тех или других оксидов можно судить по химической стойкости, прочности, огнестойкости и других свойств материала.
Минералогический состав выражается видом и количеством минералов, которые образуют строительный материал минерального происхождения. Материалы могут быть моно-и полиминеральных. В последнем случае большое значение приобретает количественное соотношение минералов с различными свойствами.
Производя искусственные строительные материалы, можно регулировать это соотношение, т.е. управлять их свойствами.
Фазовый состав характеризуется наличием в материале различных фаз: твердой, жидкой и газообразной. Твердые вещества образуют "каркас" материала, стенки пор, которые обычно заполнены воздухом и водой. Когда вода вытесняет воздух или происходит переход воды в твердое состояние, тогда изменяются прочность и теплопроводность материала..

·