Общие сведения. Печатается по решению Редакционно-издательского совета Казанского государственного архитектурно-строительного университета

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Казанского государственного архитектурно-строительного университета.

С50 Природные каменные материалы: Методические указания к практическим занятиям для студентов 2 курса. / Сост. Д.С. Смирнов. – Казань: КГАСУ 2007. - 12 с.

Методические указания составлены для студентов 2 курса в соответствии с рабочими программами по дисциплине «Материаловедение».

Цель работы. Изучение факторов, влияющих на технические и технологические свойства каменных материалов, и область применения этих материалов в промышленности строительных материалов и строительстве.

Физико-механические и химические свойства являются составными элементами комплексной качественной оценки технологических свойств горных пород.

Горной породой называют совокупность минеральных масс, состоящих из одного минерала (мономинеральная порода) или нескольких – полиминеральная порода.

Минералами называют относительно однородные по своему химическому составу и физическим свойствам минеральные тела.

Горные породы и минералы образуются в результате геологических процессов, происходящих в течение многих миллионов лет.

В природе насчитывается примерно 2500 наименований минералов. Из них породообразующих, т.е. минералов, входящих в состав горных пород, около 57. Разновидностей горных пород насчитывается около 1000.

Горные породы и минералы, используемые в народном хозяйстве, называются полезными ископаемыми. Породы, не содержащие металлических элементов, - нерудными ископаемыми. Рудными называют породы, служащие сырьём (рудой) для выплавления металлов.

Неиспользуемые слои и прослойки между полезными ископаемыми принято называть пустой породой.

Основная масса строительных материалов и конструкций изготавливается из нерудных сырьевых материалов. В производстве строительных материалов может также использоваться пустая порода. Такое совмещение использования пустой породы с одновременной разработкой рудных или других полезных ископаемых экономически целесообразно и должно широко использоваться в народном хозяйстве.

Нерудное минеральное сырьё может применяться либо только после механической обработки (камень для облицовки, щебень, песок), либо в качестве сырья на заводах строительных материалов (керамические, стекольные, цементные и другие заводы).

В первом случае инженер – строитель должен умело применять естественные материалы с учётом их физико-механических свойств и условий работы в сооружениях. К основным физико-механическим свойствам следует отнести прочность, пористость, объёмную массу и зависящие от этих свойств: морозостойкость, водоустойчивость, стойкость против выветривания, цвет, текстура, полируемость камня и др.

Во втором случае, когда нерудные минеральные массы служат сырьём для получения строительных материалов, процесс переработки их сопровождается химическими изменениями. Сырьё в этом случае должно оцениваться по результатам химических анализов и технологических испытаний.

1.1. Изучение свойств главнейших породообразующих минералов для выявления на качество горных пород.

1.2. Изучение горных пород соответственно генетической классификации. Освоение характерных признаков, присущих каждому классу пород: прочность, объёмная масса, структура, наличие пористости, декоративные качества, область применения пород каждого класса и отдельных представителей класса.

1.3. Распознавание важнейших минералов и наиболее и наиболее распространённых горных пород, определение принадлежности их к одному из классов и выявление области применения.

Студенты самостоятельно по учебнику размещают (в предлагаемые классификационные схемы) минералы и горные породы с одинаковым химическим составом для первых и с одинаковыми условиями происхождения и свойствами для вторых, записывают характерные свойства каждого класса, а для горных пород также их применение в строительстве и промышленности строительных материалов.

После окончания изучения минералов (первое занятие) или пород (второе занятие) преподаватель демонстрирует коллекцию образцов, сверяет их свойства с выполненными записями и дополняет недостающими сведениями.

1. Журнал лабораторных работ «Горные породы – сырьё для производства строительных материалов».

2. Воробьёв В. А. И Комар А. Г. Строительные материалы. М.: Стройиздат, 1971.

Работу следует начинать с изучения указаний в журнале лабораторных работ.

Сведения, выбранные из учебника, заносятся в журнал лабораторных работ в порядке, рекомендуемым указаниями.

Породообразующие минералы в большинстве - вещества кристаллические с определённой формой кристаллов, присущей каждому соединению.

Атомы в них располагаются закономерно и образуют кристаллическую решётку. Однако в природе, вследствие затруднённого процесса кристаллизации соединений, решётка и форма кристаллов нарушаются.

Если минеральные массы не имеют закономерного строения, то их называют аморфными.

Все минералы обладают определёнными физическими и химическими свойствами, с помощью которых их можно отличать друг от друга.

В первом приближении минералы можно распознавать по форме кристаллов, твёрдости, плотности, цвету, блеску, химическому составу и др.

При более глубоких исследованиях используют рентгеноструктурный анализ, химический анализ и другие методы.

Ниже приводятся простейшие визуальные признаки распознавания минералов.

3.1. Твёрдость измеряется по 10-бальной шкале, предложенной Моосом. Шкала состоит из набора 10 минералов различной твёрдости. Последовательным царапаньем неизвестного минерала эталонными минералами можно установить относительную твёрдость, выражающуюся цифрами от 1 до 10. В шкале Мооса приняты в порядке возрастающей твёрдости: 1 - тальк, 2 - поле, 3 - флюорит, 5 - апатит, 6 - ортоклаз, 7 - кварц, 8 - топаз, 9 - корунд, 10 - алмаз.

3.2. Плотность - отношение массы минерала к объему его в абсолютно плотном состоянии» Плотность наиболее распространенных минералов - 2,5 - 3,5 г/см³.

3.3. Спайность - способность минералов раскалываться в определенных направлениях, образуя гладкие поверхности – плоскости спайности. Это свойство минералов определяется их кристаллической решеткой.

§ весьма совершенная - минералы легко распадаются на тончайшие пластинки (напр., слюда);

§ совершенная - минералы при ударе разламываются в одной или нескольких плоскостях с гладкими ровными поверхностями (напр., кальцит);

§ средняя - при раскалывании обнаруживаются вместе с плоскостями спайности частичные разломы кристаллов (напр., полевые шпаты, роговая обманка);

§ несовершенная - обнаруживается с трудом, преобладают разломы кристаллов (напр., оливин, апатит).

3.4. Излом - некоторые минералы при раскалывании дают неровные поверхности, спайность отсутствует. Различают излом раковистый (кварц), зернистый (при мелкокристаллическом строении), землистый - поверхность излома матовая, шероховатая (каолинит), занозистый (волокнистый галс, асбест, роговая обманка).

3.5. Цвет - для некоторых минералов окраска является характерным признаком. Кроме белой, черной и цветной окраски различных оттенков минералы могут быть прозрачными. Надо иметь в виду, что окраска некоторых минералов может измениться благодаря наличию в них посторонних примесей.

3.6. Блеск минералов не зависит от их окраски. Блеск определяется способностью отражать свет от поверхности или поглощать его. Различают блеск металлический, стеклянный, перламутровый, жирный, шелковистый, алмазный. В процессе изучения перечисленных свойств минералов необходимо продемонстрировать примеры различной спайности, блеска и шкалу Мооса.

Главнейшие породообразующие минералы сокращенно можно разместить в 5 классов. Свойства всех минералов следует изучить по методическим указаниям.

Пользуясь коллекцией минералов и учебником, заполнить следующую таблицу.

Наименование минералов и их основные признаки

Характеристика

К В А Р Ц Вопросы: Химический состав Структура (кристаллическая, аморфная) Плотность Твёрдость Прочность Цвет, блеск Химическая активность Спайность Способность к выветриванию Влияние кварца на горные породы ГИДРАТ КРЕМНЕЗЁМА – ОПАЛ Вопросы: Химический состав Структура Химическая активность Перечислить горные породы, сложенные опалом МИНЕРАЛЫ, СОСТОЯЩИЕ ИЗ СВОБОДНОГО ГЛИНОЗЁМА 1. КОРУНД Вопросы: Химический состав Твёрдость Спайность Разновидности: красный - рубин, синий - сапфир, тёмный - наждак Применение в народном хозяйстве 2. ДИАСПОР Химический состав Цвет Какую породу слагает и применение этой породы ГРУППА АЛЮМОСИЛИКАТОВ Полевые шпаты Вопросы: Химический состав 1) Ортоклазы (ортоклаз, микроклин) – прямораскалывающиеся 2) Плагиоклазы – косораскалывающиеся Альбит Анортит Лабрадор Спайность минералов Твёрдость Прочность (МПа) Температура плавления Цвет, блеск Влияние на свойства горных пород Применение Слюды ( мусковит, биотит, вермикулит) Вопросы: Цвет слюд Спайность Твёрдость Прочность Выветриваемость Влияние на свойства горных пород Применение Каолинит Вопросы: Цвет, блеск Строение Химический состав и основные свойства Какие образуют породы Применение 3. ГРУППА ЖЕЛЕЗИСТО-МАГНЕЗИАЛЬНЫХ СИЛИКАТОВ (ТЁМНООКРАШЕННЫХ) Роговая обманка, авгит, оливин, серпентин (хризотил – асбест) и др. Вопросы: Цвет Твёрдость Средняя плотность в г/см³ Прочность в МПа Удельная вязкость Способность к выветриванию (сильная, слабая) Влияние минералов на свойства горных пород 4. ГРУППА КАРБОНАТОВ Кальцит, магнезит, доломит Вопросы: Химический состав и цвет: Кальцита Магнезита Доломита Твёрдость Проба 10% раствором соляной кислоты: Кальцит Магнезит Доломит Температура диссоциации: Кальцит Магнезит Доломит Плотность 5. ГРУППА СУЛЬФАТОВ Гипс, ангидрит Вопросы: Химический состав Гипс Ангидрит Внешний вид (цвет, блеск) Строение Температура дегидратации гипса Твёрдость

от до от до высокая, слабая (подчеркнуть) от до

Заполнить, пользуясь коллекцией и учебником, следующую таблицу:

ПОРОДЫ ИЗВЕРЖЕННЫЕ (вулканического происхождения)

Цвет пород этой группы _____________________________________________

Строение (крупнокристаллические, мелкокристаллические, аморфные, наличие стекла и пористости) и его зависимость от условий образования глубинных пород ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пределы колебания прочности при сжатии глубинных пород

Средняя плотность от __________________ кг/м³ до ___________________ кг/м³

Применение горных пород _____________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Названия пород ______________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Перечислить цвет пород этой группы ____________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Строение и его зависимость от условий образования излившихся пород _______

Минеральный состав базальта и диабаза _________________________________

Пределы колебаний прочности излившихся пород

Средняя плотность от _____________________ кг/м³ до ____________________кг/м³

Применение горных пород __________________________________________

Б. Обломочные породы (рыхлые и цементированные)

б) цементированных _________________________________________________

Строение пород этой группы и наличие в них пористости (связать с условиями их образования) ______________________________________________________

Химическая активность пород и в чём она выражается _____________________

Прочность от ____________________ МПа до ________________________ МПа

Средняя плотность от __________________ кг/м³ до _______________кг/м³

Применение в строительстве и промышленности строительных материалов _

А. МЕХАНИЧЕСКИЕ ОТЛОЖЕНИЯ (рыхлые и цементированные)

Кратко изложить условия образования рыхлых и цементированных пород __

а) рыхлых (с указанием размера зёрен по строительной классификации) ______

б) цементированные _________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дать краткую характеристику пород _____________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Прочность цементированных пород от ___________ МПа до ____________ МПа

Применение рыхлых и цементированных пород в строительстве __________

Условия образования карбонатных и кремнеземистых пород

Перечислить названия обоих видов пород и записать их химический состав __

Строение пород и в чём выражается химическая активность кремнеземистых пород ________________________________________________________________________________________________________________________________________

Прочность от ________________________ МПа до ____________________ МПа

Средняя плотность от ____________________ кг/м³ до _________________кг/м³

Применение _____________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Условия образования пород ____________________________________________

Перечислить названия пород этой группы и записать химический состав ______

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Применение пород в строительстве _____________________________________

Условия образования пород ____________________________________________

Особенности строение (сланцеватость, структура) _________________________

Перечислить названия видоизменённых вулканических и осадочных пород _

Дать краткую характеристику гнейсов, мраморов и кварцитов

к лабораторным работам по материаловедению