Строительные материалы

Пометодамобработкикаменныематериалыделятна три группы:

1.Твердые – твердость по шкале Мооса – 6…7 единиц (кварцит, гранит, сиенит, габбро, лабрадорит).

2.Средней твердости – твердость по шкале Мооса – не более 5

ипредел прочности при сжатии – 20…120 МПа (мрамор, известняк, песчаник, доломит, туфы и др.).

3.Мягкие – твердость по шкале Мооса – 2…3 (гипсовый камень, известняк-ракушечник).

По долговечности природные каменные материалы тоже делят на три группы:

1.Очень долговечные – первые признаки разрушения наступают через 500 и более лет эксплуатации (кварцит и мелкозернистые граниты).

2.Долговечные – первые признаки разрушения наступают через 200 и более лет (крупнозернистые граниты, сиенит, габбро, лабрадорит).

3.Относительно долговечные – первые признаки разрушения наступают через 60 лет (белый мрамор, плотный песчаник и др.).

Природные каменные материалы также разделяют по двум признакам: по способу получения и по назначению.

По способу получения различают: дробленые, сортированные, пиленые, колотые, шлифованные и полированные.

По назначению: нерудные (песок, гравий, щебень, песчаногравийная смесь, бутовый камень); стеновые (камни и блоки); облицовочные (плиты и архитектурно-строительные изделия); дорожные (бортовые камни, брусчатка, колотый камень).

Большинство природных каменных материалов обладают высокой прочностью, долговечностью, морозостойкостью, упругостью и хорошими декоративно-художественными свойствами (цветом, блеском, красивой текстурой и различной структурой). Благодаря указанным свойствам они нашли большое применение в архитек- турно-строительной практике. Их используют для изготовления облицовочного камня, плит и профильных элементов для наружной и внутренней облицовки; ступеней и плит для наружных и внутренних лестниц и площадок; блоков для парапетов, столбов и стенок; стеновых камней и блоков; плит пола.

31

Задания

Задание 1. КЛАССИФИКАЦИЯ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ ГОРНЫХ ПОРОД И ОПИСАНИЕ ИХ ПОРОДООБРАЗУЮЩИХ МИНЕРАЛОВ

Методика испытаний

Студенты осматривают коллекцию горных пород и породообразующих минералов и определяют вид горной породы. Коллекция горных пород включает 10…15 представителей каждой группы по генетической классификации.

Определение вида горной породы производится на основании сравнения диагностических признаков, характерных для соответствующей группы горных пород, с диагностическими признаками исследуемой породы.

Основными диагностическими признаками являются: структура, текстура, минералогический состав, кристаллическое строение, цвет, наличие и характер жил и прожилок. Из коллекции горных пород осматривают 5…7 видов и, пользуясь классификацией, относят их к соответствующей группе.

В табл. 2.1 приведены основные горные породы и породообразующие минералы, а также характерные отличительные показатели (цвет, истинная плотность, твердость) основных породообразующих минералов.

Отличительными показателями минералов служат их химический состав, плотность и твердость.

Т а б л и ц а 2.1

Породообразующие минералы и их отличительные показатели

32

Продолжение табл. 2.1

33

Окончание табл. 2.1

Результаты испытаний

Результаты выполнения задания 1 заносят в табл. 2.2, 2.3.

На лабораторных занятиях студенты изучают следующие минералы:

34

Студенты осматривают минералы, а затем заносят их характеристику в табл. 2.3.

Т а б л и ц а 2.3

Характеристика минералов, образующих горные породы

Заключение

В заключении следует сделать анализ полученных результатов.

2.4. Физические свойства природных каменных материалов

Задания

Задание 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ ГОРНОЙ ПОРОДЫ НА ОБРАЗЦАХ НЕПРАВИЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Средняя плотность горных пород в зависимости от их происхождения изменяется в пределах от 900 до 3300 кг/м3.

Магматические горные породы имеют среднюю плотность 2600…3300 кг/м3, осадочные – 900…2600 кг/м3, метаморфические более 2900 кг/м3.

35

Приборы и материалы

1.Технические весы.

2.Гидростатические весы.

3.Объемомер.

4.Образцы горных пород неправильной формы (куски) по три каждой породы (изверженной, осадочной, метаморфической).

Методика испытаний

Образцы горной породы высушивают до постоянной массы, взвешивают с точностью до 1 г, а затем парафинируют путем нанесения кистью тонкого слоя расплавленного парафина. Когда парафин застынет, образцы осматривают, удаляют на парафиновой пленке пузырьки или трещины, заглаживая нагретой металлической пластинкой. Затем образец перевязывают прочной нитью и вторично взвешивают.

Объемомер наполняют водой несколько выше трубки и ждут, пока избыток воды вытечет, а затем под трубку подставляют взвешенный стакан.

Медленно погружают испытываемый образец в объемомер. Вытесненная вода будет вытекать из трубки в стакан. Когда падение капель из трубки прекратится, стакан с водой взвешивают и определяют массу вытесненной воды.

Плотность породы вычисляют по формуле

где m – масса сухого образца, г;

V1 – объем образца с парафином, см3, численно равный массе воды, г, вытесненной образцом;

Vn – объем парафина, см3, затраченного на покрытие образца, который определяют по формуле

36

где m – масса сухого образца, г;

m1– масса образца, покрытого парафином, г; ρn – плотность парафина, равная 0,93 г/см3.

Определение средней плотности горных пород плотной структуры (без открытых пор) проводят на образцах неправильной формы без их парафинирования с использованием объемомера или гидростатических весов.

Результаты испытаний

Результаты испытаний заносят в табл. 2.4.

Т а б л и ц а 2.4

Средняя плотность горных пород

Заключение

Сделать анализ полученных результатов.

Задание 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСТИННОЙ ПЛОТНОСТИ И ПОРИСТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

Истинная плотность магматических горных пород изменяется в пределах от 2650 (гранит) до 3320 кг/м3 (габбро), осадочных 2600 (известняк)…2800 кг/м3 (доломит), метаморфических 2700 (гнейсы)…2900 кг/м3 (мрамор).

Пористость горных пород изменяется в широких пределах – от 0,2…0,8 % для плотных изверженных горных пород до 65 % для пористых осадочных.

37

Приборы и материалы

1.Прибор Ле-Шателье (объемомер).

2.Сито № 2.

3.Сушильный шкаф.

4.Агатовая или фарфоровая ступка.

5.Технические весы (с точностью до 0,01 г).

6.Термометр.

7.Штатив.

8.Стеклянный сосуд (колба).

9.Навески порошков горных пород изверженных, осадочных и метаморфических.

Методика испытаний

Для получения средней пробы массой 200…220 г отбирают и тщательно перемешивают кусочки горной породы. Затем ее сушат в сушильном шкафу при температуре (110 5) С до постоянной массы, после чего измельчают в агатовой или фарфоровой ступке. Порошок просеивают через сито № 02 с размером ячеек 0,2х0,2 мм.

Из просеянного порошка берут 180 г и снова высушивают, а затем охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе, где порошок хранят до проведения испытаний.

Прибор Ле-Шателье (объемомер) наполняют до нижней нулевой отметки жидкостью (керосином, спиртом или водой), которая должна быть инертной по отношению к порошку материала.

Затем тщательно протирают тампоном из фильтровальной бумаги свободную от жидкости часть объемомера (выше нижней черты). Прибор Ле-Шателье помещают в стеклянный сосуд с водой, температура которой 20 С (при этой температуре градуировали объемомер). Объемомер оставляют в воде на все время испытания, чтобы он не всплывал; с этой целью его закрепляют на штативе так, чтобы градуировочная часть шейки находилась в воде.

На технических весах отвешивают 80 г порошка с точностью до 0,01 г и всыпают его через воронку в прибор до тех пор, пока уровень жидкости не поднимется до черты с делением 20 см3. Остаток порошка взвешивают и вычисляют массу порошка, всыпанного в объемомер.

38

Истинную плотность породы в г/см3 вычисляют по формуле

где m – навеска порошка до опыта, г; m1 – остаток навески, г;

V – объем жидкости, вытесненной навеской порошка (равный объему порошка в объемомере).

Пористость горной породы характеризует степень заполнения ее объема порами. Вычисляется в % по формуле

где ρ0 – средняя плотность горной породы, г/см3; ρ – истинная плотность горной породы, г/см3.

Результаты испытаний

Результаты определения истинной плотности и пористости заносят в табл. 2.5.

Т а б л и ц а 2.5

Истинная плотность и пористость горных пород

Заключение

Сделать анализ результатов опытов по изменению пористости в зависимости от средней плотности горных пород и их происхождения.

39

2.5.Механические свойства природных каменных материалов

Кмеханическим свойствам горных пород, которые предлагается определить в этой лабораторной работе, относятся предел прочности при сжатии, предел прочности при растяжении, ударная прочность, твердость и истираемость.

Задания

Задание 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ СЖАТИИ ГОРНОЙ ПОРОДЫ

Предел прочности горных пород зависит от их происхождения, средней плотности, пористости и минералогического состава (породообразующих минералов).

Предел прочности при сжатии составляет:

для магматических горных пород: гранита 100…250 МПа, диорита 150…300 МПа, габбро и лабрадорита 200…500 МПа;

для осадочных пород: известняка плотного – 15…180 МПа, ракушечника 0,4…15 МПа, доломита – 15…200 МПа;

для метаморфических пород: мраморов – 150…300 МПа; кварцитов – 300…400 МПа.

Приборы и материалы

1.Пресс гидравлический с максимальной нагрузкой 1000 кН.

2.Штангенциркуль.

3.Весы технические.

4.Образцы природных каменных материалов в форме куба с ребром 50, 70 или 100 мм или образцы-цилиндры диаметром и высотой 50 или 70 мм (по 3 образца каждой породы).

Методика испытаний

Для определения предела прочности испытывают 3 образца. Определяют геометрические размеры поперечного сечения об-

разцов с точностью до 1 мм. Каждый линейный размер образца вычисляют как среднее арифметическое результатов двух измерений в середине противоположных граней. Затем его устанавливают на нижнюю опорную плиту гидравлического пресса точно по центру и

40