Классификация строительных материалов.
1. Классификация строительных материалов.
Строительные материалы и изделия классифицируют по степени готовности, происхождению, назначению и технологическому признаку.
По степени готовности различают собственно строительные материалы и строительные изделия — готовые изделия и элементы, монтируемые и закрепляемые на месте работы. К строительным материалам относятся древесина, металлы, цемент, бетон, кирпич, песок, строительные растворы для каменных кладок и различных штукатурок, лакокрасочные материалы, природные камни и т. д.
Строительными изделиями являются сборные железобетонные панели и конструкции, оконные и дверные блоки, санитарно-технические изделия и кабины и др. В отличие от изделий строительные материалы перед пр именением подвергают обработке — смешивают с водой, уплотняют, распиливают, тешут и т. д.
По происхождению строительные материалы подразделяют на природные и искусственные.
Природные материалы — это древесина, горные породы (природные камни), торф, природные битумы и асфальты и др. Эти материалы получают из природного сырья путем несложной обработки без изменения их первоначального строения и химического состава.
К искусственным материалам относят кирпич, цемент, железобетон, стекло и др. Их получают из природного и искусственного сырья, побочных продуктов промышленности и сельского хозяйства с применением специальных технологий. Искусственные материалы отличаются от исходного сырья как по строению, так и по химическому составу, что обусловлено коренной переработкой его в заводских условиях.
Наибольшее распространение получили классификации материалов по назначению и технологическому признаку.
По назначению материалы подразделяют на следующие группы.
конструкционные материалы — материалы которые воспринимают и передают на грузки в строительных конструкциях.
теплоизоляционные материалы . основное назначение которых — свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим в помещении при минимальных затратах энергии.
акустические материалы (звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы) — для снижения уровня «шумового загрязнения» помещения.
гидроизоляционные и кровельные материалы — для создания водонепроницаемых слоев на кровлях, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров.
герметизирующие материалы — для заделки стыков в сборных конструкциях.
отделочные материалы — для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляционных и других материалов от внешних воздействий.
материалы специального назначения (например огнеупорные или кислотоупорные), применяемые при возведении специальных сооружений.
Ряд материалов (например цемент, известь, древесина) нельзя отнести к какой-либо одной группе, так как их используют и в чистом виде, и как сырье для получения других строительных материалов и изделий. Это так называемые материалы общего назначения . Трудность классификации строительных материалов по назначению состоит в том, что одни и те же материалы могут быть отнесены к разным группам. Например, бетон в основном применяют как конструкционный материал, но некоторые его виды имеют совсем иное назначение: особа легкие бетоны являются теплоизоляционным материалом; особо тяжелые бетоны — материалом специального назначения, который используют для защиты от радиоактивного излучения.
По технологическому признаку материалы подразделяют, учитывая вид сырья, из которого получают материал, и вид его изготовления, на следующие группы.
Природные каменные материалы и изделия — получают из горных пород путем их обработки: стеновые блоки и камни, облицовочные плиты, детали архитектурного назначения, бутовый камень для фундаментов, щебень, гравий, песок и др.
Керамические материалы и изделия — получают из глины с добавками путем формования, сушки и обжига: кирпич, керамические блоки и камни, черепица, трубы, изделия из фаянса и фарфора, плитки облицовочные и для настилки полов, керамзит (искусственный гравий для легких бетонов) и др.
Стекло и другие материалы и изделия из минеральных расплавов — оконное и облицовочное стекло, стеклоблоки, стекло профилит (для ограждений), плитки, трубы, изделия из ситаллов и шлакоситаллов, каменное литье.
Неорганические вяжущие вещества — минеральные материалы, преимущественно порошкообразные, образующие при смешивании с водой пластичное тело, со временем приобретающее камневидное состояние: цементы различных видов, известь, гипсовые вяжущие и др.
Бетоны — искусственные каменные материалы, получаемые из смеси вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителей. Бетон со стальной арматурой называют железобетоном, он хорошо сопротивляется не только сжатию, но и изгибу и растяжению.
Строительные растворы — искусственные каменные материалы, состоящие из вяжущего, воды и мелкого заполнителя, которые со временем переходят из тестообразного в камневидное состояние.
Искусственные необжиговые каменные материалы — получают на основе неорганических вяжущих и различных заполнителей: силикатный кирпич, гипсовые и гипсобетонные изделия, асбестоцементные изделия и конструкции, силикатные бетоны.
Органические вяжущие вещества и материалы на их основе — битумные и дегтевые вяжущие, кровельные и гидроизоляционные материалы: рубероид, пергамин, изол, бризол, гидроизол, толь, приклеивающие мастики, асфальтовые бетоны и растворы.
Полимерные материалы и изделия — группа материалов, получаемых на основе синтетических полимеров (термопластических нетермореактнвных смол): линолеумы, релин, синтетические ковровые материалы, плитки, древеснослоистые пластики, стеклопластики, пенопласты, поропласты, сотопласты и др.
Древесные материалы и изделия — получают в результате механической обработки древесины: круглый лес, пиломатериалы, заготовки для различных столярных изделий, паркет, фанера, плинтусы, поручни, дверные и оконные блоки, клееные конструкции.
Металлические материалы — наиболее широко применяемые в строительстве черные металлы (сталь и чугун), стальной прокат (двутавры, швеллеры, уголки), сплавы металлов, особенно алюминиевые.
2. Физические свойства строительных материалов.
Плотность материала бывает средней и истинной.
Средняя плотность с с — масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. с порами. Среднюю плотность (в кг/м3, кг/дм3, г/см3) вычисляют по формуле.
где m -масса материала, кг, г; Vе — объем материала, м3, дм3, см3.
Среднюю плотность сыпучих материалов — щебня, гравия, песка, цемента и др. — называют насыпной плотностью . В объем входят поры непосредственно в материале и пустоты между зернами.
Относительная плотность d — отношение средней плотности материала к плотности стандартного вещества. За стандартное вещество принята вода при температуре 4°С, имеющая плотность 1000 кг/м3. Относительная плотность (безразмерная величина) определяется по формуле.
Истинная плотность с u — масса единицы объема абсолютно плотного материала, т. е. без пор и пустот. Вычисляется она в кг/м 3. кг/дм 3. г/см 3 по формуле.
где m — масса материала, кг, г; Vа — объем материала в плотном состоянии, м3, дм3, см3.
У неорганических материалов, природных и искусственных камней, состоящих в основном из оксидов кремния, алюминия и кальция, истинная плотность находится в пределах 2400-3100 кг/м3, у органических материалов, состоящих в основном из углерода, кислорода и водорода, она составляет 800-1400 кг/м 3. у древесины — 1550 кг/м 3. Истинная плотность металлов колеблется в широком диапазоне: алюминия — 2700 кг/м 3. стали — 7850, свинца — 11300 кг/м 3.
Пористость П — степень заполнения объема материала порами. Вычисляется в % по формуле.
где сс, сu — средняя и истинная плотности материала.
Для строительных материалов П колеблется от 0 до 90.
Для сыпучих материалов определяется пустотность (межзерновая пористость.
По величине пор материалы разделяют на мелкопористые, у которых размеры пор измеряются в сотых и тысячных долях миллиметра, и крупнопористые (размеры пор — от десятых долей миллиметра до 1.
3. Гидрофизические свойства строительных материалов.
Гигроскопичность — свойство капиллярно-пористого материала поглощать водяной пар из влажного воздуха. Поглощение влаги из воздуха объясняется адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. Этот процесс, называемый сорбцией, обратимый. Волокнистые материалы со значительной пористостью, например теплоизоляционные и стеновые, обладают развитой внутренней поверхностью пор и поэтому высокой сорбционной способностью.
Водопоглощение — способность материала поглощать и удерживать воду. Водопоглощение характеризует в основном открытую пористость, так как вода не проходит в закрытые поры.
Степень снижения прочности материала при предельном его водонасыщении называется водостойкостью . Водостойкость численно характеризуется коэффициентом размягчения К разм . который характеризует степень снижения прочности в результате его насыщения водой.
Влажность — это степень содержания влаги в материале. Зависит от влажности окружающей среды, свойств и структуры самого материала.
Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением. Она характеризуется коэффициентом фильтрации К ф . м/ч, который равен количеству воды Vв в м 3. проходящей через материал площадью S = 1 м 2. толщиной а = 1 м за время t = 1 ч, при разности гидростатического давления P1 — Р2 = 1 м водного столба.
Обратной характеристикой водопроницаемости является водонепроницаемость — способность материала не пропускать воду под давлением.
Паропроницаемость — способность материалов пропускать водяной пар через свою толщину. Она характеризуется коэффициентом паропроницаемости м, г/(мхчхПа), который равен количеству водяного пара V в м 3. проходящего через материал толщиною а = 1м, площадью S = 1 мІ за время t = 1 ч, при разности парциальных давлений Р 1 — Р 2 = 133,3 Па.
Морозостойкость — способность материала в водонасыщенном состоянии не разрушаться при многократном попеременном замораживании и оттаивании.
Разрушение происходит из-за того, что объем воды при переходе в лед увеличивается на 9%. Давление льда на стенки пор вызывает растягивающие усилия в материале.
4. Теплофизические свойства строительных материалов.
Теплопроводность — способность материалов проводить тепло. Теплопередача происходит в результате перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал. Теплопроводность зависит от коэффициента теплопроводности л, Вт/(мx°С), который равен количеству тепла Q, Дж, проходящего через материал толщиной d = 1 м, площадью S = 1 м2 за время t = 1 ч, при разности температур между поверхностями t2- t1 = 1 °С.
При известной средней плотности, пользуясь нижеприведенной формулой, можно ориентировочно вычислить коэффициент теплопроводности л, Вт/(мх°С), материала в воздушно-сухом состоянии.
Значительно возрастает теплопроводность материалов с увлажнением. Это объясняется тем, что коэффициент теплопроводности воды составляет 0,58 Вт/(мх°С), а воздуха 0,023 Вт/(мх°С), т.е. превышает его в 25 раз.
Теплоемкость — способность материалов поглощать тепло при нагревании. Она характеризуется удельной теплоемкостью с, Дж/(кгх°С), которая равна количеству тепла Q, Дж, затраченному на нагревание материала массой m = 1 кг, чтобы повысить его температуру на t 2 -t 1 = 1°С.
Огнестойкость — способность материала выдерживать без разрушений одновременное действие высоких температур и воды. Пределом огнестойкости конструкции называется время в часах от начала огневого испытания до появления одного из следующих признаков: сквозных трещин, обрушения, повышения температуры на необогреваемой поверхности. По огнестойкости строительные материалы делятся на три группы: несгораемые, трудносгораемые, сгораемые . Несгораемые материалы под действием высокой температуры или огня не тлеют и не обугливаются; трудносгораемые материалы с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но происходит это только при наличии огня; сгораемые материалы воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня.
Огнеупорность — способность материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. По степени огнеупорности материалы подразделяются на огнеупорные . которые выдерживают действие температур от 1580 °С и выше; тугоплавкие . которые выдерживают температуру 1360. 1580°C; легкоплавкие . выдерживающие температуру ниже 1350 °С.
5. Механические свойства строительных материалов.
К основным механическим свойствам материалов относят прочность, упругость, пластичность, релаксацию, хрупкость, твердость, истираемость и др.
Прочность — способность материалов сопротивляться разрушению и деформациям от внутренних напряжений, возникающих в результате воздействия внешних сил или других факторов, таких как неравномерная осадка, нагревание и т. п. Оценивается она пределам прочности. Так называют напряжение, возникающее в материале от действия нагрузок, вызывающих его разрушение.
Различают пределы прочности материалов при сжатии, растяжении, изгибе, срезе и пр. Предел прочности при сжатии и растяжении R СЖ(Р ), МПа, вычисляется как отношение нагрузки, разрушающей материал Р, Н, к площади поперечного сечения F, мм 2.
Предел прочности при изгибе R И . МПа, вычисляют как отношение изгибающего момента M, Нхмм, к моменту сопротивления образца. мм 3.
Важной характеристикой материалов является коэффициент конструктивного качества . Это условная величина, которая равна отношению предела прочности материала R, МПа, к его относительной плотности.
Упругость — способность материалов под воздействием нагрузок изменять форму и размеры и восстанавливать их после прекращения действия нагрузок.
Упругость оценивается пределом упругости б уп . МПа, который равен отношению наибольшей нагрузки, не вызывающей остаточных деформаций материала, P УП . Н, к площади первоначального поперечного сечения F 0 . мм2.
Пластичность — способность материалов изменять свою форму и размеры под воздействием нагрузок и сохранять их после снятия нагрузок. Пластичность характеризуется относительным удлинением или сужением.
Разрушение материалов может быть хрупким или пластичным. При хрупком разрушении пластические деформации незначительны.
Релаксация — способность материалов к самопроизвольному снижению напряжений при постоянном воздействии внешних сил. Это происходит в результате межмолекулярных перемещений в материале.
Твердость — способность материала оказывать сопротивление проникновению в него более твердого материала.
Для разных материалов она определяется по разным методикам. Так, при испытании природных каменных материалов пользуются шкалой Мооса, составленной из 10 минералов, расположенных в ряд, с условным показателем твердости от 1 до 10, когда более твердый материал, имеющий более высокий порядковый номер, царапает предыдущий. Минералы расположены в следующем порядке: тальк или мел, гипс или каменная соль, кальцит или ангидрит, плавиковый шпат, апатит, полевой шпат, кварцит, топаз, корунд, алмаз.
Твердость металлов, бетона, древесины, пластмасс оценивают вдавливанием в них стального шарика, алмазного конуса или пирамиды.
Твердость материала не всегда соответствует прочности. Так, древесина имеет прочность, одинаковую с бетоном, но значительно меньшую твердость.
Истираемость — способность материалов разрушаться под действием истирающих усилий. Истираемость И в г/см 2 вычисляется как отношение потери массы образцом m 1 -m 2 в г от воздействия истирающих усилий к площади истирания F в см2.
Определяется И путем испытания образцов на круге истирания или в полочном барабане.
Износ — свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов. Износ материала зависит от его структуры, состава, твердости, прочности, истираемости.
Хрупкость — свойство материала внезапно разрушаться под воздействием нагрузки, без предварительного заметного изменения формы и размеров. Хрупкому материалу, в отличие от пластичного, нельзя придать при прессовании желаемую форму, так как такой материал под нагрузкой дробится на части, рассыпается. Хрупки камни, стекло, чугун и др.
6. Понятие горная порода и минерал. Основные породообразующие минералы.
Горные породы — главный источник получения строительных материалов. Горные породы используют в промышленности строительных материалов как сырье для изготовления керамики, стекла, теплоизоляционных и других изделий, а также для производства неорганических вяжущих веществ — цементов, извести и гипсовых.
Горные породы — это природные образования более или менее определенного состава и строения, образующие в земной коре самостоятельные геологические тела.
Минералами называют однородные по химическому составу и физическим свойствам составные части горной породы. Большинство минералов — твердые тела, иногда встречаются жидкие (самородная ртуть.
В зависимости от условий формирования горные породы делят на три генетические группы.
1) магматические породы . образовавшиеся в результате охлаждения и затвердевания магмы.
2) осадочные породы . возникшие в поверхностных слоях земной коры из продуктов выветривания и разрушения различных горных пород.
3) метаморфические породы . являющиеся продуктом перекристаллизации и приспособления горных пород к изменившимся в земной коре физико-химическим условиям.
В настоящее время известно около 5000 минералов. В образовании же горных пород преимущественно участвуют 25 минералов. Основными породообразующими минералами являются кремнезем, алюмосиликаты, железисто-магнезиальные, карбонаты, сульфаты.
Минералы группы кремнезема . К минералам этой группы относят кварц . Он может находиться как в кристаллической, так и аморфной форме.
Кристаллический кварц в виде диоксида кремния SiО 2 — один из самых распространенных минералов в природе. Аморфный кремнезем встречается в виде опала SiО2 x NH 2 О. Кварц отличается высокой химической стойкостью при обычной температуре. Кварц плавится при температуре около 1700 о С, поэтому широко используется в огнеупорных материалах.
Минералы группы алюмосиликатов — полевые шпаты, слюды, каолиниты . Полевые шпаты составляют 58% всей литосферы и являются самыми распространенными минералами. Разновидностями их являются ортоклаз и плагиоклазы.
Ортоклаз — калиевый полевой шпат — K2О x Al2О3 x 6SiО2. Имеет среднюю плотность 2,57 г/см3, твердость — 6-6,5. Является основной частью гранитов, сиенитов.
Плагиоклазы — минералы, состоящие из смеси твердых растворов альбита и анортита.
Альбит — натриевый полевой шпат — Na2О x Al2О3 x 6SiО2. Анортит — кальциевый полевой шпат — CaO x Al2О3 x 2SiО2.
Плагиоклазы входят в состав кислых и основных горных пород.
Предел прочности полевых шпатов при сжатии составляет 120-170 МПа, что ниже прочности кварца. Они выветриваются под воздействием воды, содержащей углекислоту, в результате чего образуется каолинит.
Слюды — водные алюмосиликаты слоистого строения, способные расщепляться на тонкие пластинки. Наиболее часто встречаются два вида — мусковит и биотит . Мусковит — калиевая бесцветная слюда. Обладает высокой химической стойкостью, тугоплавка. Биотит — железисто-магнезиальная слюда черного или зелено-черного цветов.
Водной разновидностью слюды является вермикулит. Он образован из биотита в результате воздействия гидротермальных процессов. При нагревании вермикулита до 750 °С теряется химически связанная вода, в результате чего объем его увеличивается в 18-40 раз. Вспученный вермикулит применяют в качестве теплоизоляционного материала.
Каолинит — Al2О3 x 2SiО2 x 2H2О — минерал, получаемый в результате разрушения полевых шпатов и слюд. Залегает в виде землистых рыхлых масс. Применяют для изготовления керамических материалов.
Железисто-магнезиальные силикаты . Минералами этой группы являются пироксены, амфиболы и оливин.
К пироксенам относят авгит, входящий в состав габбро, к амфиболам — роговую обманку . входящую в состав гранитов.
Оливин входит в состав диабазов и базальтов . Продукт выветривания оливина — хризотил-асбест. Эти минералы являются силикатами магния и железа и имеют темную окраску. Они обладают высокой ударной вязкостью и стойкостью против выветривания.
Минералы группы карбонатов . К ним относят кальцит, магнезит, доломит . Они входят в состав осадочных горных пород.
Кальцит — СаСО3 — имеет среднюю плотность 2,7 г/см3, твердость — 3. Вскипает при воздействии слабого раствора соляной кислоты. Входит в состав известняков, мраморов, травертинов.
Магнезит — MgCО3 — имеет среднюю плотность 3,0 г/см3, твердость — 3,5-4. Вскипает от горячей соляной кислоты. Образует породу с тем же названием.
Доломит — CaCО3 x MgCО3 — имеет плотность 2,8-2,9 г/см3, твердость — 3,5-4. По свойствам занимает среднее положение между кальцитом и магнезитом. Входит в состав мраморов. Образует породу с таким же названием.
Минералы группы сульфатов — гипс и ангидрит.
Гипс — CaSО4 x 2H2О — имеет среднюю плотность 2,3 г/см3, твердость — 1,5-2,0, цвета — белый, серый, красноватый. Строение — кристаллическое. Хорошо растворяется в воде. Образует породу — гипсовый камень.
Ангидрит — CaSО4 — имеет среднюю плотность 2,9-3 г/см3, твердость — 3-3,5, строение — кристаллическое. При насыщении водой переходит в гипс.
7. Классификация горных пород по происхождению.
Каменные строительные материалы включают широкую номенклатуру изделий, получаемых из горных пород: рваный камень в виде кусков неправильной формы (бут, щебень и др.), изделия правильной формы (блоки, штучный камень, плиты, бруски), профилированные изделия и др.
По происхождению горные породы делят на три основных вида.
магматические, или изверженные (глубинные, или излившиеся), образовавшиеся в результате затвердевания в недрах земли или на ее поверхности, в основном из силикатного расплава — магмы.
осадочные . образовавшиеся путем осаждения неорганических и органических веществ на дне водных бассейнов и на поверхности земли.
метаморфические — кристаллические горные породы, возникшие в результате преобразования магматических или осадочных пород при воздействии температуры, давления и флюидов (существенно водно-углекислых газово-жидких или жидких, часто надкритических растворов.
Изверженные горные породы подразделяют на глубинные, излившиеся и обломочные.
Глубинные породы образовались в результате остывания магмы в недрах земной коры. Затвердевание происходило медленно и под давлением. В этих условиях расплав полностью кристаллизовался с образованием крупных зерен минералов.
К главнейшим глубинным породам относят гранит, сиенит, диорит и габбро.
Гранит состоит из зерен кварца, полевого шпата (ортоклаза), слюды или железисто-магнезиальных силикатов. Имеет среднюю плотность 2,6 г/см3, предел прочности при сжатии — 100-300 МПа. Цвета — серый, красный. Он обладает высокой морозостойкостью, малой истираемостью, хорошо шлифуется, полируется, стоек против выветривания. Применяют его для изготовления облицовочных плит, архитектурно-строительных изделий, лестничных ступеней, щебня.
Сиенит состоит из полевого шпата (ортоклаза), слюды и роговой обманки. Кварц отсутствует или имеется в незначительном количестве. Средняя плотность составляет 2,7 г/см3, предел прочности при сжатии — до 220 МПа. Цвета — светло-серый, розовый, красный. Он обрабатывается легче, чем гранит, применяют для тех же целей.
Диорит состоит из плагиоклаза, авгита, роговой обманки, биотита. Средняя плотность его составляет 2,7-2,9 г/см3, предел прочности при сжатии — 150-300 МПа. Цвета — от серо-зеленого до темно-зеленого. Он стоек против выветривания, имеет малую истираемость. Применяют диорит для изготовления облицовочных материалов, в дорожном строительстве.
Габбро — кристаллическая порода, состоящая из плагиоклаза, авгита, оливина. В составе его может быть биотит и роговая обманка. Имеет среднюю плотность 2,8-3,1 г/см3, предел прочности при сжатии — до 350 МПа. Цвета — от серого или зеленого до черного. Применяют для облицовки цоколей, устройства полов.
Излившиеся горные породы образовались при остывании магмы на небольшой глубине или на поверхности земли. К излившимся породам относят порфиры, диабаз, трахит, андезит, базальт.
Порфиры являются аналогами гранита, сиенита, диорита. Средняя плотность составляет 2,4-2,5 г/см3, предел прочности при сжатии — 120-340 МПа. Цвета — от красно-бурого до серого. Структура — порфировидная, т. е. с крупными вкраплениями в мелкозернистую структуру, чаще всего ортоклаза или кварца. Их применяют для изготовления щебня, декоративно-поделочных целей.
Диабаз является аналогом габбро, имеет кристаллическую структуру. Средняя плотность его составляет 2,9-3,1 г/см3, предел прочности при сжатии — 200-300 МПа, цвета — от темно-серого до черного. Применяют для наружной облицовки зданий, изготовления бортовых камней, в виде щебня для кислотоупорных футеровок. Температура плавления его невысокая — 1200-1300 °С, что позволяет применять диабаз для каменного литья.
Трахит является аналогом сиенита. Имеет тонкопористое строение. Средняя плотность его составляет 2,2 г/см3, предел прочности при сжатии — 60-70 МПа. Окраска — светло-желтая или серая. Применяют для изготовления — стеновых материалов, крупного заполнителя для бетона.
Андезит является аналогом диорита. Имеет среднюю плотность 2,9 г/см3, прочность при сжатии — 140-250 МПа, окраску — от светлой до темно-серой. Применяют в строительстве — для изготовления ступеней, облицовочного материала, как кислотостойкий материал.
Базальт — аналог габбро. Имеет стекловидную или кристаллическую структуру. Средняя плотность его составляет 2,7-3,3 г/см3, предел прочности при сжатии — от 50 до 300 МПа. Цвета — темно-серый или почти черный. Применяют для изготовления бортовых камней, облицовочных плит, щебня для бетонов. Является сырьем для изготовления каменных литых материалов, базальтового волокна.
Обломочные породы представляют собой выбросы вулканов . В результате быстрого охлаждения магмы образовались породы стекловидной пористой структуры. Их подразделяют на рыхлые и цементированные . К рыхлым относят вулканические пеплы, песок и пемзу.
Вулканические пеплы — порошкообразные частицы вулканической лавы размером до 1 мм. Более крупные частицы размером от 1 до 5 мм называют песком. Пеплы применяют как активную минеральную добавку в вяжущие, пески — в качестве мелкого заполнителя для легких бетонов.
Пемза — пористая порода ячеистого строения, состоящая из вулканического стекла. Пористая структура образовалась в результате воздействия газов и паров воды на остывавшую лаву, средняя плотность составляет 0,15-0,5 г/см3, предел прочности при сжатии — 2-3 МПа. В результате высокой пористости (до 80%,) имеет низкий коэффициент теплопроводности А = 0,13. 0,23 Вт/(м·°С). Применяют ее в виде заполнителей для легких бетонов, теплоизоляционных материалов, в качестве активной минеральной добавки для извести и цементов.
К цементированным породам относят вулканические туфы.
Вулканические туфы — пористые стекловидные породы, образовавшиеся в результате уплотнения вулканических пеплов и песков. Средняя плотность туфов составляет 1,25-1,35 г/см3, пористость — 40-70%, предел прочности при сжатии — 8-20 МПа, коэффициент теплопроводности 1 = 0,21. 0,33 Вт/(м·°С). Цвета — розовый, желтый, оранжевый, голубовато-зеленый. Применяют их в качестве стенового материала, облицовочных плит для внутренней и наружной облицовки зданий.
К метаморфическим горным породам относят гнейсы, глинистые сланцы, кварцит, мрамор.
8. Магматические горные породы . Условия образования. Виды.
Магматические горные породы — это породы, образовавшиеся непосредственно из магмы (расплавленной массы преимущественно силикатного состава), в результате её охлаждения и застывания. По условиям образования различают две подгруппы магматических горных пород.
* интрузивные (глубинные), от латинского слова “интрузио” — внедрение.
* эффузивные (излившиеся) от латинского слова “эффузио” — излияние.
Интрузивные (глубинные) горные породы образуются при медленном постепенном остывании магмы, внедренной в нижние слои земной коры, в условиях повышенного давления и высоких температур. Выделение минералов из вещества магмы при ее остывании происходит строго в определенной последовательности, каждый минерал имеет свою температуру образования. Сначала образуются тугоплавкие темноцветные минералы ( пироксены, роговая обманка, биотит, …), далее рудные минералы . затем полевые шпаты и последним выделяется в виде кристаллов кварц . Главные представители интрузивных магматических горных пород — граниты, диориты, сиениты, габбро, перидотиты.
Эффузивные (излившиеся) горные породы образуются при остывании магмы в виде лавы (от итальянского “лава” — затопляю) на поверхности земной коры или вблизи нее. По вещественному составу эффузивные горные породы сходны с глубинными, они образуются из одной и той же магмы, но в разных термодинамических условиях (давлении, температуре и др.). На поверхности земной коры магма в виде лавы остывает значительно быстрее, чем на некоторой глубине от нее. Главные представители эффузивных магматических горных пород — обсидианы, туфы, пемзы, базальты, андезиты, трахиты, липариты, дациты, риолиты.
Основные отличительные признаки эффузивных (излившихся) магматических горных пород, которые определяются их происхождением и условиями образования, следующие.
* для большинства образцов грунтов характерна некристаллическая, тонко-,мелкозернистая структура с отдельными видимыми глазом кристаллами.
* для некоторых образцов грунтов характерно наличие пустот, пор, пятен.
* в некоторых образцах грунтов присутствует какая-либо закономерность пространственной ориентировки компонентов (окраски, овальных пустот и др.
Отличия эффузивных горных пород друг от друга, как и интрузивных горных пород друг от друга, определяются условиями их образования и вещественным составом магмы, что проявляется в различной их окраске (светлые — темные) и составе компонентов.
В основе химической классификации лежит процентное содержание кремнезёма (SiO 2 ) в породе. По этому показателю выделяют ультракислые, кислые, средние, основные и ультраосновные породы.
9. Осадочные горные породы. Условия образования. Виды.
Осадочные горные породы по условиям образования подразделяют на обломочные (механические отложения), химические осадки и органогенные.
Обломочные породы образовались в результате физического выветривания, т. е. воздействия ветра, воды, знакопеременных температур. Их подразделяют на рыхлые и цементированные . К рыхлым относят песок, гравий, глину.
= Песок представляет собой смесь зерен с размером частиц от 0,1 до 5 мм, образовавшуюся в результате выветривания изверженных и осадочных горных пород.
= Гравий — горная порода, состоящая из округлых зерен от 5 до 150 мм различного минералогического состава. Применяют для бетонов и растворов, в дорожном строительстве.
= Глины — тонкообломочные породы, состоящие из частиц мельче 0,01 мм. Цвета — от белого до черного. По составу подразделяют на каолинитовые, монтмориллокитовые, галлуазитовые . Являются сырьем для керамической и цементной промышленности.
К цементированным осадочным горным породам относят песчаник, конгломерат и брекчию.
= Песчаник — горная порода, состоящая из цементированных зерен кварцевого песка. Природными цементами служат глина, кальцит, кремнезем. Средняя плотность кремнистого песчаника составляет 2,5-2,6 г/см 3. предел прочности при сжатии — 100-250 МПа. Применяют для изготовления щебня, облицовки зданий и сооружений.
= Конгломерат и брекчия . Конгломерат — горная порода, состоящая из зерен гравия, сцементированных природным цементом, брекчия — из сцементированных зерен щебня. Средняя плотность их составляет 2,6-2,85 г/см 3. предел прочности при сжатии — 50-160 МПа. Применяют конгломерат и брекчию для покрытия полов, изготовления заполнителей для бетона.
Химические осадки образовались в результате выпадения солей при испарении воды в водоемах. К ним относят гипс, ангидрит, магнезит, доломит и известковые туфы.
= Гипс состоит в основном из минералов гипса — CaSО 4 x 2H 2 О. Это порода белого или серого цвета. Применяют для изготовления гипсовых вяжущих веществ и для облицовки внутренних частей зданий.
= Ангидрит включает минералы ангидрита — CaSО 4 . Цвета — светлые с голубовато-серыми оттенками. Применяют там же, где и гипс.
= Магнезит состоит из минерала магнезита — MgCО 3 . Применяют его для изготовления вяжущего каустического магнезита и огнеупорных изделий.
= Доломит включает минерал доломита — CaCО 3 x MgCО 3 . Цвет — серо-желтый. Применяют для изготовления облицовочных плит и внутренней облицовки, щебня, огнеупорных материалов, вяжущего вещества — каустического доломита.
= Известковые туфы состоят из минерала кальцита — СаСО 3 . Это пористые породы светлых тонов. Имеют среднюю плотность 1,3-1,6 г/см 3. предел прочности при сжатии — 15-80 МПа. Из них изготавливают штучные камни для стен, облицовочные плиты, легкие заполнители для бетонов, известь.
Органогенные породы образовались в результате жизнедеятельности и отмирания организмов в воде. К ним относят известняки, мел, диатомит, трепел.
= Известняки — горные породы, состоящие в основном из кальцита — СаСО 3 . Могут содержать примеси глины, кварца, железисто-магнезиальных и других соединений. Образовались в водных бассейнах из остатков животных организмов и растений. По структуре известняки подразделяют на плотные, пористые, мраморовидные, ракушечниковые и другие. Плотные известняки имеют среднюю плотность 2,0-2,6 г/см3, предел прочности при сжатии — 20-50 МПа; пористые — среднюю плотность 0,9-2,0 г/см3, предел прочности при сжатии — от 0,4 до 20 МПа. Цвета — белый, светло-серый, желтоватый. Применяют их для изготовления облицовочных плит, архитектурных деталей, щебня, в качестве сырья для цемента, извести. Известняк-ракушечник состоит из раковин моллюсков и их обломков. Это пористая порода со средней плотностью 0,9-2,0 г/см3, с пределом прочности при сжатии — 0,4-15,0 МПа. Применяют для изготовления стеновых материалов и плит для внутренней и наружной облицовки зданий.
= Мел — горная порода, состоящая из кальцита — СаСО3. Образована раковинами простейших животных организмов. Цвет — белый. Применяется для приготовления красочных составов, замазки, изготовления извести, цемента.
= Диатомит — горная порода, состоящая из аморфного кремнезема. Образована мельчайшими панцирями диатомовых водорослей и скелетами животных организмов. Слабосцементированная или рыхлая порода со средней плотностью 0,4-1,0 г/см3. Цвет — белый с желтоватым или серым оттенком.
= Трепел — сходная с диатомитом порода, но более раннего образования. Сложена, в основном, сферическими тельцами опала и халцедона. Применяют диатомит и трепел для изготовления теплоизоляционных материалов, легкого кирпича, активных добавок в вяжущие вещества.
10. Метаморфические горные породы. Условия образования. Виды.
К метаморфическим горным породам относят гнейсы , глинистые сланцы, кварцит, мрамор.
Гнейсы — сланцевые породы, образовавшиеся чаще всего в результате перекристаллизации гранитов при высокой температуре и одноосном давлении. Их минералогический состав — как у гранитов. Средняя плотность составляет 2,5-2,6 г/см3, предел прочности при сжатии — 129-300 МПа. Цвета — серый, розовый, красный. Применяют их для изготовления облицовочных плит, бутового камня.
Глинистые сланцы — породы, образовавшиеся в результате видоиз
