1.1 Основные св-ва материалов + гидр

Истинная плотность(г/см3, кг/м3)-масса единицы объема абсолютно плотного материала. (измерение с помощью колбы Лешателье)

р=(mнач-mкон)/V(=20)

Относительная плотность- выражает плотность материала по отношению к плотности воды (безразмерная величина) d=pмат/pводы

Средняя плотность(плотность)(г/см3,кг/м3)- масса единицы объема материала в естественном состоянии(обьем определяется вместе с порами) p=mсух/V

Насыпная плотность(кг/м3)-масса единицы объема рыхло насыпных зернистых или волокнистых материалов.

Пористость(П,%)- степень заполнения объема материала порами.

П=Vп/V; П=(1-p0/p)100%

Коэффициент плотности- степень заполнения объема материала твердым веществом. Кпл=p0/p

Гигроскопичность- с пособность материала изменять свою влажность с изменением влажности окружающего воздуха.

Водопоглащение(%)-способность материала погруженного в воду впитывать и удерживать ее. Водопогл по объему W=(mнас-mсух)/V·100% ; Водопогл по массе W=(mнас-mсух)/mсух·100%

Влажность- степень заполнения материала водой. В=(mвл-mсух)/mсух·100%

Водопроницаемость- свойство пропускать воду под давлением.

Морозостойкость- способность материала, насыщенного водой сопротивляться поперем. и многократному замораживанию и оттаиванию без значительных потерь в массе( до 50%)и прочности(20%)

1 цикл-4 ч насущ. водой+4ч в камере+4ч оттаивание+4ч в камере.

1.2 Теплофизические Теплопроводность(Вт/м·К),λ - свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой.(кондукция, конвекция, лучевое испускание)Теплоемкость-способность матер. аккумулировать тепло при нагревании и выделять тепло при остывании.Огнеупорность- св-во мат-ла выдерживать длительное воздействие высокой температуры( от 1580ºС и выше), не размягчаясь и не деформируясь.Огнестойкость- св-во мат-ла сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени. Она зависит от способности мат-ла воспламеняться и гореть(сгораемость)

1.3 Механические свойства Пластичностью твердого тела называют его свойство изменять форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь, причем после прекращения действия силы тело не может самопроизвольно восстановись свои размеры и форму, и в теле остается некоторая остаточная деформация, называемая пластической дефор­мацией. Пластическую, или остаточную, деформацию, не исчезнувшую после снятия нагруз­ки, называют необратимой. Относительная деформация ε равна отношению абсолютной деформации к первоначальному линейному размеру тела. ε = . Коэффициент конструктивного качества (к.к.к.) материала равен отношению предела прочности R к средней плотности ρ₀. к.к.к. = R/ρ₀. Эффективные конструкционные материалы имеют высокую прочность при малой средней плотности. Твердостью называют свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. Твердость минералов оценивают шкалой Мооса, представленной десятью минера­лами, из которых каждый последующий своим острым концом царапает все преды­дущие. Эта шкала включает минералы в порядке возрастающей твердости от 1 до 10:

1. Тальк, Mg₃[Si₄O₁₀][OH]₂ — легко царапается ногтем.

2. Гипс, CaSO₄·2H₂O — царапается ногтем.

3. Кальцит, CaCO₃ — легко царапается стальным ножом.

4. Флюорит (плавиковый шпат), CaF₂ — царапается стальным ножом под небольшим нажимом.

5. Апатит, Ca₅[PO₄]₃F — царапается ножом под сильным нажимом.

6. Ортоклаз, К[AlSi₃O₈] — царапает стекло.

7. Кварц, SiO₂;

8. Топаз, Al₂[SiO₄] (F, OH)₂;

9. Корунд, Al₂О₃;

10. Алмаз, С.

Твердость древесины, металлов, бетона и некоторых других строительных материалов определяют, вдавливая в них стальной шарик. В результате испытания вычисляют число твердости HB = P / F, где F — площадь поверхности отпечатка. Чем выше твердость, тем меньше истираемость. Истираемость оценивают потерей первоначальной массы образца материала, отнесенной к площади поверхности истирания F на круге истирания. Характеризуют способность материала сопротивляться действию касательных (истирающих) усилий. И = (m₁ — m₂) / F, [г/см²], где m₁ и m₂ — масса образца до и после истирания. Сопротивление удару — способность материала сопротивляться действию удара падающего груза. Для определения прочности материалов при ударе применяются специальные копры. Для природных материалов масса падающего груза равна 2 кг. Высота падения от 1 до 90 см. Испытуемые образцы — цилиндры высотой 3 см и диаметром 2 см.Упругость- св-во самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешней нагрузки. Хрупкость- способность твердого тела разрушаться без образования заметных остаточных деформаций. Напряжение- мера внутренних сил, возникающих в деформируемом теле под воздействием внешних сил. Прочность- св-во мат-ла сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами. Прочность материала оценивают пределом прочности (временным сопротивлением) R;. [δ]=R/z (z-запас прочности) Предел прочности при осевом сжатии Rсж=Pразр/F (Р-давление от разрушаюшей силы, F-площадь поперечного сечения образца) Предел прочности при осевом растяжении В зависимости от соотношения Rp/Rсж матер. условно раздел на три группы: Rp>Rсж (волокнистые-древесина и др.), Rp~Rсж(сталь), Rp<Rсж(хрупкие матер-лы – природные камни, бетон, кирпич) Предел прочности при изгибе Rрн=M/W (М-изгибающий момент, W- момент сопротивления)

Ударная вязкость(динамическая или ударная прочность)- св-во мат-ла сопротивляться разрушению при ударных нагрузках Износ- св-во мат-ла сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов. Показателем износа служит потеря массы пробы мат-ла в результате проведенного испытания( в % от первоначальной массы)

2. Природные каменные материалы

Минерал - однородное по составу тело, представляющее собой продукт природных физических и химических процессов. Горная порода — совокупность минеральных масс, занимающая значительный объем в земной коре. Горные породы: мономинеральные(мрамор - кальцит), полиминерал.(гранит кварц,ортиклаз и железисто-магн. слюда — биотит).

2.1 Генетическая классификация горных пород.

Горная порода — совокупность минеральных масс, занимающая значительный объем в земной коре.

По условиям образования горные породы, согласно классификации академика Карпинского А.П., можно разделить на: изверженные (или магматические), осадочные (или вторичные), и метаморфические (или видоизмененные).

Изверженные горные породы — продукты жизнедеятельности силикатного состава магмы. В зависимости от условий формирования структуры пород, выделяют глубинные (интрузивные) породы, отличающиеся зернистым строением, и излившиеся (эффузивные), имеющие скрытокристаллическое порфировидное строение.Вулканическо-обломочные рыхлые(вулканические пеплы, пемзы) цементированные(вулканические туфы)

Осадочные горные породы образовались в результате выветривания извержен­ных (первичных) горных пород. выветривание деструкция горных пород под действием солнечной энергии механические(обломочные:песок,глина)

Химические(известняк,гипс,боксит)

Ограногенные(диатомиты,трепелы,яшм)

Метаморфические (видоизмененные) породы — это породы, образовавшиеся под влиянием тектонических процессов: дислокаций, смещений, землетрясе­ний, когда под влиянием высокого горного давления, высоких температур, воздействия глубинных минеральных источников и газов, изверженные и осадоч­ные породы подвергаются структурной метаморфозе. Характерной особенностью таких пород является сланцеватость — параллельно-слоистая ориентация кристаллов минералов, вызванная односторонним горным давлением.

2.2 Породообразующие минералы изверженных горных пород. Минерал - однородное по составу тело, представляющее собой продукт природных физических и химических процессов.Преобладание в породе тех или иных минералов меняет ее строительные св-ва: прочность, стойкость, вязкость и способность к обработке.

Кварц – состоит из кремнезема в кристаллической форме, является одним из самых прочных и стойких минералов. прочность при сжатии(до 2000 МПа) и высокая для хрупких мат-лов прочность при растяжении (ок. 100 МПа), высокой твердостью(6-7), кислотостойкостью и химической стойкостью при обычной t, высокой огнеупорностью – плавится при t 1700°С. Цвет кварца чаще всего молочно-белый, серый. Благодаря высокой прочности кварц остается почти неизменным при выветривании магматических пород, группа Полевые шпаты – самые распространенные минералы в магматических породах (до 2/3 от общей массы породы). Они представляют собой светлые составные части пород (белые, розоватые, красные). Ортоклаз – K2O·AL2O3·6SiO2 твердость – 6-6,5; плотность 2,57г/см³; плавится при 1170°С, полное расплавление при 1450°С. Встречаются в кислых (гранит) и средних (сиенит) по кислотности магм породах.

Плагиоклазы – образуют изоморфный ряд от альбита Na2O·AL2O3·6SiO2, входящего в состав кислых пород, до анортита CaO·AL2O3·2SiO2, характерного для основных пород (габбро, базальт ) В

отл от кварца прочность (120-170 МПа на сжатие) и меньшая стойкость, поэтому реже встречаются в осадочных породах. Выветривание происходит под влиянием воды, содержащей углекислоту. Результатом выветривания является новый минерал – каолинит (часть глины).

К цветным минералам относятся железисто-магнезиальные оливин, пироксены, амфиболы (роговая обманка). магнезиальные силикаты вторичные минералы, чаще всего заменяющие оливин – серпентин, хризотил – асбест. и некоторые алюмосиликаты слюды: обыкновенные-мусковит, флогопит и биотит; гидрослюды-гидромусковит, гидробиотит. Твердость слюд 2-3.

Все эти минералы, за искл. мусковита и гидромусковита имеют темную окраску (зеленого, темно-зел., иногда черного цвета). Характерными св-ми цветных минералов (за искл. слюд) являются высокая прочность, вязкость и стойкость против выветривания. Слюды понижают прочность пород, ускоряют их выветривание и затрудняют шлифовку и полировку, так как весьма легко разделяются на очень тонкие пластинки. Слюды встречаются и в песках, где также считаются вредной примесью. Бетоны и строительные растворы на песке со значительным содержанием слюды обладают пониженной морозостойкостью.

2.5 Породообразующие минералы осадочных горных пород. Минерал - однородное по составу тело, представляющее собой продукт природных физических и химических процессов.Группа кремнезема Опал (SiO2·nH2O) – аморфный минерал, содерж. воды в нем колеблется от 2 до 14 % (иногда 34%). чаще всего бесцветен или молочно-белый, но в зависимости от примесей может быть желтым, голубым или черным. Плотность 1,9-2,5 г/см³, максимальная твердость 5-6, хрупок. Халцедон (SiO2) является волокнистой или скрытокристаллической разновидностью кварца. Цвет белый, серый, светло-желтый, бурый, зеленый. Плотность 2,6 г/см³, твердость 6. Халцедон является продуктом кристаллизации опала, а также выпадает непосредственно из растворов, отлагаясь совместно с опалом и кварцем. Кварц (SiO2). В осадочных породах присутствует кварц магматического происхождения и кварц осадочный. Последний отлагается непосредственно из растворов, а также образуется в результате перекристаллизации опала и халцедона. Он широко распространен в кремнистых породах, заполняет трещины и другие полости в песчаниках и известняках.

Группа карбонатов. Кальцит (CaCO3). Бесцветный или белый, при наличии механических примесей серый, желтый, розовый или голубоватый минерал. Блеск стеклянный. Плотность 2,7 г/см³, твердость 3. Характерный признак растворимость с бурным вскипанием в 10%-ной соляной кислоте. Разновидность карбоната кальция – арагонит. В условиях земной поверхности арагонит неустойчив и переходит в кальцит. Доломит (CaMg(CO3))2 бесцветный, белый, часто с желтоватым или буроватым оттенком. Блеск стеклянный. Плотность 2,8 г/см³, твердость 3-4. В 10%-ной соляной кислоте вскипает только в порошке и при нагревании. Доломит обычно мелкозернист, крупные кристаллы встречаются редко. Образуется он либо как первичный химический осадок, либо в результате доломитизации известняков. Минерал доломит слагает породу того же названия. Применяется в качестве сырья для производства магнезиальных и доломитовых вяжущих веществ, доломитовых огнеупорных материалов, а так5же в качестве строительного камня и щебня для бетона. Магнезит (MgCO3) бесцветный, белый, серый, желтый, коричневый. Плотность 3,0 г/см³, твердость 3,5-4,5. Магнезит, обожженный при 1500-1650°С, представляет собой высокоогнеупорный материал, примен. для изгот. магнезитового кирпича, а обожженный при 750-800°С дает оксид магния (каустический магнезит) и образует с растворами хлористого или сернокисл. магния магнезиальное вяжущее.

Группа глинистых минералов. Каолинит Al4(SiO10)(OH)8. Белый, иногда с буроватым или зеленоватым оттенком. Плотность 2,6 г/см³, твердость 1. Каолинит образуется в результате разложения полевых шпатов, слюд и нек-рых др. силикатов. Слагает каолинитовые глины, входит в состав полиминеральных глин. Гидрослюды образуются при разложении слюд и нек-рых др. силикатов. Их использ. в стр-ве, например, вермикулит (увелич. при нагр. в 20 раз) прмен. как пористый заполнитель легкого бетона. Группа сульфатов. Гипс CaSO4·2H2O скопление белых или бесцветных кристаллов, иногда окрашенных механическими примесями в голубые, желтые или красные тона. Плотность 2,3 г/см³,твердость 2. Для гипса хар-но волокнистое строение и шелковистый блеск. слагает цемент песчаника. Его прим. в пр-ве вяжущих вещ-в: стр. и формовочного гипса и др.

Ангидрит CaSO4-белый, серый, светло-розовый, светло-голубой минерал. Плотность 3,0 г/см³, твердость 3-3,5. Обычно встреч. в виде сплошных мелкозернистых агрегатов. Ангидрит и гипс иногда примен. как облицовочный мат-л для внутр. отделок зданий, а после пропитки водостойкими эмульсиями и для наруж. обделок. Ангидрид отличается от гипса большей твердостью.

2.3 Изверженные глубинные горные породы:образование,состав,свойства,применение Изверженные горные породы — продукты жизнедеятельности силикатного состава магма. глубинные (интрузивные) породы, отличающиеся зернистым стр-ем, из чис­ла извержен. являются преобладающими. Граниты образовались в результате остывания магмы на большой глубине, в условиях высокой температуры. Они имеют зерно-кристал­лическую структ. Залег. в земной коре в виде обширных моно­литных масс круглых и вытянутых форм размерами до сотен кило­метров или в виде отдельных глыб разных размеров. Минералогический состав гранитов: полевой шпат (ортоклаз или натриево-калевой шпат и плагиоклаз) — 50-70%, кварц — 20-40%, слюда(биотит) — 5-15% и иногда некоторое количество роговой обманки. Граниты обладают прочностью от 100-300 MПа. Прочность зависит от их структуры и состава. На прочность гранита влияют также и размеры его зерен: крупно­зернистые обладают прочностью при сжатии до 150 МПа, а мелкозер­нистые — до 300 МПа. Огнест. гранитов ограничена, так как при высоких температурах входящие в его состав кварц и слюда, увеличиваются в объеме, вызывая растрескивание камня. Плотность гранита — 2500-2700 кг/м³. Его широко применяют при возведении устоев мостов, для облицовки набережных, цоколей и реже — для облицовки оконных проемов и стен. Цвет гранитов колеблется в широких пределах: от светло-­серого до почти черного и от бледно-розового до темно-красного. Сиенит По своему внешнему виду и физико-механическим свойствам сиенит близок к гра­нитам. Состав (ортоклаз) калиевые 50-70%, натриевые полевые шпаты 10-30%, биотит, роговая обманка – 10-20%.Цвет сиенита — белый, светло-­серый, розовый и красный. Зернистость его структуры ясно различима. Несмотря на отсутствие кварца, прочность сиенита высокая, однако долговечность его ниже, чем у гранита. В связи с отсутствием в сиените кварца он легче, чем гранит, подвергается обработке. Истинная плотность 2,7-2,9 г/см³, средняя плотность 2,4-2,8 т/м³, предел прочности при сжатии 150-200 МПа. Сиениты, содержащие небольшое количество кварца, называются граносиенитами. Исполь­зуются они иногда для облицовки зданий, а в основном как щебень для бетона. Диориты — зернисто-кристаллические горные породы, иногда порфировидные, как правило, бескварцевые или с небольшим содержанием кварца. Состав плагиоклаз-65-70% роговой обманки, авгита и биотита-35-30% В зависимости от минералогического состава цвет диоритов может быть серо- или темно-зеленоватых тонов. Средняя плотность — 2700-2900 кг/м³. Прочность диоритов при сжатии — 180-300 МПа, твердость по Моосу — 6. Отличительной особенностью диорита является высокая ударная вязкость. Его целесообразно применять при ударных нагрузках, например, при мощении дорог. Диорит стоек к выветриванию, хорошо полиру­ется. Габбро — равномернозернистые горные породы, состав плагиоклаз с цветным минералом 35-40%, чаще всего пироксеном, иногда с роговой обманкой. Цвет габбро темно-серый, почти черный или темно-зеленый. Структура зерен его может быть равномернозернистой, крупнозернистой и порфировидной. Габбро залегают иногда большими массивами. Одной из разновидностей габбро является лабрадорит(анортозит, полевой шпат лабрадор).Характерной особенно­стью ее является ирриза­ция зерен лабрадора, - яркий цветной отлив на гранях или плоскостях спайности. Габбро и лабрадориты в обработке трудны, но хорошо полируются. Прочность их, зависящая от крупности зерен, колеблется в пределах 200-320 МПа, твердость по Моосу равна 6. Истинная плотность габбро — 2,8-3,1 г/см³. Относятся они к атмосферостойким горным породам. Применяют для укрепления набережных, делают цоколь, исп. как щебень в тяжелых и дорожных бетонах. Перидотиты черные породы, иногда с зеленоватым оттенком, среднезернистой структуры. Текстура массивная, нередко пятнистая или полосатая. Оливин – 30-70, пироксен – 70-30% Использ для получения щебня

2.4Изверженные излившиеся (эффузивные) горные породы: образование,состав,свойства,применение. Образовались в результате излияния магмы, ее охлаждения и застывания на поверхности земли, по этому в большинстве случаев они состоят из отдельных кристаллов, вкрапленных в основную мелкокристаллич., скрытокристаллич. и даже стекловатую массу(парфировидная структура). В результате неравномерного распределения минеральных компанентов сравнительно легко разрушаются.Порфиры и андезиты. Порфирит относится к древним излившимся горным породам, а андезит — к более молодым. Окраска этих пород красно-бурая, телес­но-серая, зеленовато-черная. Эти породы легко обрабатываются, используют их для изготовления щебня, дорожной брусчатки и наружных облицовок. Порфиры — горные породы, образовавшиеся при быстром затвердевании магмы на небольшой глубине или на поверхности Земли.

Кварцевые парфиры. аналог гранита (ортоклаз — 50-70%, кварц — 20-40%, слюда(биотит) — 5-15%), но более хрупки и менее стойки. Наиболие устойчивы к выветриванию, тк плотная мелкокристаллическая структура. Бескварцевые(полевошпатовые) парфиры Аналог сиенита(калиевые 50-70%, натриевые полевые шпаты 10-30%, биотит, роговая обманка – 10-20%.), но худшие физико-механические свойства. порфирит (аналог диорита плагиоклаз-65-70% роговой обманки, авгита и биотита-35-30%) Наличие крупных вкрапленников в порфирах повышает декоративные качества камня, но снижает их атмосферостойкость. Истинная плотность — 2,4-2,6 г/см3, Предел прочности порфиров при сжатии —от 130 до 180 МПа) Андезиты аналог диорита (плагиоклаз-65-70% роговой обманки, авгита и биотита-35-30%), серого или желтовато-серого цвета, парфир структ, с плотной основной массой, плотность – 2,7-3,1кг/м3 Rсж=140-250МПа Ввиду того что андезиты обладают кислотостойкостью, их используют в качестве заполнителя в кислото­стойких бетонах., в облицовочных изделиях. Базальты аналоги габбро. Состав плагиоклаз и железисто-магнезиальные минералы(авгит). В зависимости от условий залегания базальты могут иметь скрыто-кристаллическую или стекловатую структуру. Цвет их от темно-серого до черного. плотность — 2,7-3,3 г/см3, Базальты обладают высокой твердостью по Моосу (7-8), предел прочности при сжатии 100-500 МПа. Используют их в дорожных покрытиях в качестве щебня для тяжелых бетонов, бутовый камень.Особо плотные – в гидротехнич строит-ве. Базальт является сырьем при изготовле­нии каменного литья. (Плавление и литье осуществляется при 1100 °С.) Диабаз, так же как и базальт, является излившимся аналогом габбро. полнокристаллические, обычно мелкозернистые горные породы, состоящие из плагиоклаза и авгита. Истинная плотность — 2,8-3,0 г/см3, Обладают высокой прочностью до 200 МПа, они вязки, морозостойки и относительно легко поддаются колке и обработке. применяют для дорожных покрытий (брусчатка), бордюрных плит и штучных камней, а также как щебень для бетонов. Трахиты аналоги сиенита, но более пориты, Rсж=60-70МПа, морозостойкость ниже, чем у сиенитов. Легко обрабатываются, но не полируются, используется, как кислотоупорный материал и иногда в качестве строительного камня.

Изверженные обломочные(вулканические) горные породы. Рыхлые обломочные породы образуются во время вулканических извержений. Часть магмы выбрасывается в раздробленном состоянии и при быстром охлаждении оседает на поверхности Земли в виде кусков и частиц разной величины. Порошкообразные частицы обломочных пород размером до 2 мм называют вулканическим пеплом, используется как активная минеральная добавка.Пемза. Пористое вулканич стекло,образававшееся в результате выделения газов при быстром застывании кислых и средних лав. Цвет белый или серый. Пористость достигает 60%, стенки между порами сложены стеклом. Предел прочности пемзы — 0,2-1,4 МПа, средняя плотность — 300-600 кг/м³, истинная плотность 2,5 г/см³. Пемза состоит в основном из аморфного кремнезема SiO₂ (до 70%) и глинозёма АlО₂ (15%). Она является хорошим заполнителем для лег­ких бетонов (пористость пемзы достигает 80%), применяется так же, как абразивный материал (в частности, в малярных работах для за­чистки шпатлёванных поверхностей под масляную окраску). Вулканическими туфами называют сцементирован­ные обломочные породы, образовавшиеся в условиях, когда вулкани­ческие пеплы, попадая в расплавленную лаву, цементируются этой лавой до ее остывания. Эта горная порода морозостойка, обладает высокой пористостью (от 55 до 70%) и малой средней плотностью — 750-1400 кг/м³. Предел прочности при сжатии туфов — 5-7 МПа. В связи с этими качествами вулканический туф широко применяют как местный стеновой строительный материал в виде блоков. Отходы при его об­работке используют в качестве лёгких заполнителей для бетонов. Наиболее обширными запасами туфа располагает месторождение в Армении вблизи Ленинакана. Этот туф носит название артикского. Теплопроводность этого туфа меньше, чем у кирпича, что позволяет уменьшить толщину наружных стен. Туфы отличаются большим разнообразием цветов — от ярко-красного и светло-жёлтого до тёмно-лилового и чёрного. Легкость обработки этого камня позволяет выполнять на нем сложные декора­тивные орнаменты, которыми славятся как древняя, так и современ­ная архитектура Армении. Кроме Армении, залежи туфа имеются также в ряде районов Грузии и на Дальнем Востоке. Красивым жёлто-оранжевым цветом отличается грузинский, так называемый болнисский туф.