1. Массивные породы
Глубинные породы остывали в глубине земной коры медленно и сравнительно равномерно под значительным давлением верхних слоев, что способствовало процессам кристаллизации; имеют зернисто-кристаллическое строение, большую плотность, высокую прочность на сжатие и морозостойкость, низкое водопоглощение и большую теплопроводимость. К ним относятся: гранит, сиенит, габбро и др.
Излившиеся породы образовались на поверхности земли при отсутствии давления и при быстром остывании магмы. Некоторая часть магмы, излившаяся на поверхность уже содержала кристаллы отдельных минералов, поэтому/в большинстве случаев эти породы состоят из отдельных хорошо сформированных кристаллов, вкрапленных в основную скрытокристаллическую массу. Такое строение называют порфировым. К излившимся породам относятся- порфир, андезит, диабаз, базальт и др.
2. Обломочные породы.
Образовались при очень быстром охлаждении расплавленной магмы, выбрасываемой при извержении вулканов, имеют пористое аморфное строение. К этим породам относятся: рыхлые (вулканические пеплы, пески) и сцементированные (вулканическая лава, туфы, трассы и др.).
Осадочные (вторичные) горные породы образовались в результате разрушения или выветривания магматических пород, химической или биологической переработки природного минерального сырья. Обычно они залегают пластами, слоями.
К этой группе относятся:
Механические отложения: рыхлые (песок, щебень, гравий, глина) и сцементированные (песчаник, брекчия, конгломерат).
Органогенные отложения: растительные (фитогенные) - трепел, диатомит опока; животные (зоогенные) - мел, известняк- ракушечник, известняки.
Химические осадки: некоторые виды известняков, доломит, магнезит, гипс, ангидрит.
Метаморфические или видоизмененные (третичные) горные породы образовались из магматических или осадочных горных пород под влиянием высоких температур, давления и других факторов. К этой группе относятся: гнейсы - образованы главным образом из гранита, мраморы - из известняков и доломитов, кварциты - из кремнистых песчаников, глинистые сланцы - из глин.
ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ
Минералы классифицируются по различным принципам, по происхождению, химическому составу, кристаллохимическим кристаллографическим особенностям, растворимости, сопротивляемости выветриванию и т.п.
Наиболее важной с инженерно-строительной точки зрения является классификация по химическому составу, согласно которой выделяется 10 классов минералов в соответствии с их распространением в земной коре. Наиболее встречающимися являются минералы классов: силикаты, окислы, карбонаты, сульфаты, галоиды, сульфиды, самородные минералы и др. Наряду с классами выделяются группы и подгруппы минералов. Например, в классе силикатов имеются группы: алюмосиликаты, ортосиликаты, метасиликаты и др. В группу алюмосиликатов входят группы: полевые шпаты, фельдшпатиды, слюды.
Характеристики
минералов и горных пород складываются
из следующих показателей: внешнего вида
(цвет, блеск, строение), химического
состава для минералов, минерального
состава для горных пород, истинной
плоскости для минералов (ρ), средней
плотности для горных пород (
),
предела
прочности при сжатии или изгибе (
или
),
стойкости
против выветривания, температуры
плавления и др.
Твердость оценивается по шкале твердости (Мооса), в которой минералы расположены в порядке возрастания твердости:
1 - тальк 6 - полевой шпат (ортоклаз)
2 - гипс 7 - кварц
3 – кальцит 8 - топаз
4 - флюорит(плавиковый шпат) 9 - корунд
5-апатит 10-алмаз
Спайность - это способность некоторых кристаллических минералов при ударе раскалываться по определенным плоскостям, образуя гладкие блестящие поверхности раскола. Различают следующие спайности:
весьма совершенная — минерал легко расщепляется с образованием одной плоскости (мусковит, биотит и др.);
совершенная - при легких ударах минерал, раскалываясь, образует две, три и более плоскостей спайности (ортоклаз, кальцит каменная соль и др.);
средняя - минерал раскалывается на обломки, на которых обнаруживается спайность (роговая обманка, авгит м др.);
несовершенная - плоскости спайности обнаруживаются с трудом (апатит, берилл и др.);
спайность отсутствует - все обломки минерала неправильной формы (кварц, корунд и др.).
Излом в отличие спайности не имеет правильных ориентированных блестящих поверхностей. Минералы, обладающие спайностью, дают ровный излом. У минералов, не имеющих плоскостей спайности, излом может быть раковистым (кварц, кремень и др.), занозистым (роговая обманка и др.), волокнистым (асбест, гипс), землистым (каолинит и др).
Цвет минералов зависит от их структурных особенностей, присутствия в них красящих элементов (хромофор) и механических примесей. Благодаря хромофорам и примесям цвет одного и того же минерала может быть различным.
Блеск минералов зависит от количества отраженного от них света. Различают металлический и неметаллический блеск, у которых много разновидностей: алмазный (алмаз, сера), яркий или стеклянный (кальцит, гипс и др.), жирный (кварц, нефелин и др.), восковой (халцедон), перламутровый (полевые шпаты и др.), шелковистый (гипс и др.), шёлковый (асбест), матовый или без блеска (каолинит).
Строение (структура и текстура) минералов и горных пород позволяет судить об условиях их образования и свойствах.
Структура для минералов может быть кристаллической, скрытокристаллической, аморфной (некристаллической, стекловидной) и др.
Стойкость - это способность минерала или горной породы противостоять атмосферным факторам, химическим реагентам и др.
К основным породообразующим минералам изверженных горных пород относятся следующие минералы:
Кварц
(Si02)
-
группа кремнезема. Цвет белый, серый,
молочный, дымчатый, бесцветный. Блеск
жирный на изломе и стеклянный на гранях.
Структура кристаллическая. Твердость,
р = 2,65 кг/м3,
= 1000 ÷ 2000 МПа. Очень высокая стойкость
против выветривания. Спайность
отсутствует, раковистый излом. В кислотах,
за исключением плавиковой и фосфорной,
не растворим. При температурах 575 и 870
кварц перекристаллизовывается с
увеличением объема. Температура плавления
кварца 1710 °С. Встречается кварц в
гранитах, кварцевых порфирах (песках,
песчаниках, гнейсах, кварцитах) и др.
Полевые
шпаты относятся
к
группе
алюмосиликатов,
кристаллические
разделяются на
прямораскалывающиеся - ортоклазы
(К20
• А1203
• 6Si02)
и
косораскалывающиеся
-
плагиоклазы: альбит (Na20
•
А1203
• 6Si02)
и
анортит (СаО•А1203
•
.
Цвет белый, серый, розовый и красный.
Блеск стеклянный, по плоскостям спайности
перламутровый. Твердость 6, ρ = 2.55 ÷ 2.76
кг/
,
.
Спайность средняя по двум направлениям.
Стойкость
против выветривания средняя. Температура
плавления ортоклаза 1450
,
альбита
- 1100
и
анорита – 1550°С
Полевые
шпаты
входят в
состав
гранитов, порфиров, сиенитов, дноритов,
габбро, базальтов, диабазов, (гнейсов)
и др.
Слюды относятся к группе водных алюмосиликатов. Структура слоисто-кристаллическая. Спайность весьма совершенная в одном направлении. Блеск яркий, стеклянный, жирный. Твердость 2-3, анизотропны по прочности, стойкость средняя.
Наиболее часто встречаются две разновидности слюды: мусковит (сложный водный калиевый алюмосиликат) р = 2,7 — 3,1 кг/м3, цвет белый, серебристый, светло-желтый; биотит (сложный водный К, Fe? Mg, алюмосиликат), р = 2,8 ÷3,4 кг/м3, цвет от бурого до черного, иногда зеленый, слабоустойчив против выветривания. Встречается в гранитах, диоритах (гнейсах, сланцах) и др.
Роговая
обманка
(амфиболы) и авгит
(пироксены) относятся к группе
железисто-магнезиальных силикатов.
Химический состав сложный, структура
кристаллическая.
=150÷300
МПа, блеск стеклянный, стойкость к
выветриванию высокая, твердость 5,5÷7,
цвет черный или темно-зеленый, в кислотах
не растворяется, имеет высокую динамическую
прочность.
Роговая обманка имеет), р = 3,1 ÷ 3,5 кг/мJ. Спайность по призме под углом около 124° Кристаллы удлиненные, призматические, игольчатые, излом занозистый, встречается в гранитах, сиенитах, габбро (гнейсах) и др.
Авгит ), р = 3,3 ÷ 3,6 кг/м3, кристаллы бочонкообразные призматические, спайность по призме средняя, входит в состав габбро, базальта, диабаза, дунита и др.
К основным породообразующим минералам осадочных горных пород относятся следующие минералы.
Опал
(
– группа кремнезема. Структура аморфная,
количество воды в составе его колеблется
от 1-5 до 34%. Опал чаще всего бесцветен
или молочно-белый, но в зависимости от
примесей может быть желтым, голубым или
черным. Блеск восковый или матовый.
Твердость 5-6,
50÷250
Мпа. Стойкость высокая, спайность
отсутствует, встречается в диатомитах,
трепелах, опоках.
Кальцит
(CaCO,)
– группа
карбонатов. Цвет белый, серый. Блеск
стеклянный или перламутровый. Структура
кристаллическая. Твердость 3, р = 2,6÷ 2,8
кг/
, Rсж
=
100 ÷ 200 МПа. Стойкость средняя, вскипает
от действия HCI,
слабо
растворим в воде. Имеет совершенную
спайность в грех направлениях по
ромбоэдру и входит в состав известняков,
мела, доломитов, мергелей (мраморов) и
др.
Магнезит (MgC03) - группа карбонатов. Цвет белый, серый до черного. Блеск стеклянный или мерцающий. Структура кристаллическая или скрытокристаллическая. Твердость 3,5÷4,5, р = 2,9 ÷3,10 кг/м3, Rсж = 50 ÷ 200 МПа. Стойкость средняя, растворяется в HCI при нагревании, спайность по ромбоэдру. Встречается в магнезите, доломите, известняках. Температура плавления чистого оксида магния (MgO) 2800°С.
Доломит (СаСОз • MgCCb) - группа карбонатов. Цвет белый, серый, желтый, редко черный. Блеск матовый, реже стеклянный. Структура кристаллическая, или аморфно кристаллическая. Твердость 3,5-4,5, р = 2,7 + 2,9 кг/м3, Rcж = 100 ÷ 200 МПа. Стойкость и спайность средние. Встречается в магнезите, доломите, известняках.
Гипс (CaS04 • 2Н20) относится к группе сульфатов, цвет белый, серый, розовый, иногда желтоватый. Структура кристаллическая с различной формой кристаллов. Твердость 1,5÷ 2,0, р = 2,3 кг/м , =15÷30 МПа, стойкость низкая, растворяется в воде. Спайность зависит от вида кристаллов и может быть совершенной и средней, встречается в гипсе, ангидрите.
Ангидрит (CaSO4) - группа сульфатов. Цвет белый, голубой. Блеск стеклянный, иногда с перламутровым отливом. Структура кристаллическая. Спайность средняя. Твердость 3,0÷3,5, р = 2,8 ÷ 3,0 кг/м3, Rсж = 20 ÷70 МПа. Стойкость низкая. Растворяется в воде, гидратируется и переходит в гипс с увеличением объема. Входит в состав ангидрита, гипса.
Каолинит (А120з • 2Si02 • 2Н20) относится к группе глинистых минералов, подгруппе каолинитов. Цвет белый, иногда желтоватый, сероватый. Без блеска. Структура аморфная. Твердость 1 -2 , р = 2,5 ÷ 2,63 кг/м3, Rсж = 0 ÷1 МПа, легко рассыпается. Спайности нет. Очень высокая стойкость против выветривания, жирный па ощупь, гигроскопичен и огнеупорен, кислотостоек. Встречается в глинах, мергелях.
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ.
Свойства горных пород, главным образом, зависят от свойств породообразующих минералов и строения, т.е, структуры и текстуры.
Структура горных пород характеризуется размером, формой слагающих её минералов, количественным соотношением и характером связи между ними. Структура может быть кристаллической, пегматитовой, порфировой, зернистой, оолитовой, зернисто-стекловатой и др.
Текстура горных пород характеризуется взаиморасположением или относительным распределением её минералов. Текстура может быть плотной, слоистой, сланцеватой, пористой, пемзовидной, полосчатой и др. Внешний вид горных пород, в основном, определяется её цветом и строением.
Для определения области использования горных пород в современном строительстве и промышленности строительных материалов принимаются следующие условные обозначения:
Щ - щебень для бетона, Ш - шашка, пакеляжная и мозаиковая шашка, брусчатка для строительства дорог, Б - бутовый камень, БК - бортовой камень, К - камни для стен, П - плиты для полов, ОГ1 - облицовочные плиты, С ступени, СВВ - сырье для вяжущих веществ, СО - сырье для огнеупоров, КП - кровельные плиты, ТМ - сырье для теплоизоляционных материалов, ЮТ - сырье для каменного литья.
Гранит - магматическая, массивная глубинная горная порода. Имеет цвет от светло-серого и розового до темно-красного или почти черного. Структура гранита зернисто-кристаллическая, текстура - плотная массивная. Состоит из кварца, полевых шпатов и слюды. Иногда слюда частично замещена авгитом или другими темноокрашенными минералами рт = 2500 ÷ 2900 кг/м3, Rсж = 120 ÷ 350 МПа. Обладает высокой стойкостью. Применяется в качестве: ОП, С, П, Щ, Б, БК.
Габбро - магматическая массивная глубинная горная порода. Цвет от темно-серого и темно-зеленого почти до черного Состоит из плагиоклазов (-50%) и темноокрашенных минералов - авгита, реже роговой обманки, оливина. Структура крупно- или среднекристаллическая. Текстура массивная плотная, пятнистая, минералами рт = 2900 ÷ 3300 кг/м3, Rcж = 200 ÷ 450 МПа. Обладает высокой атмосферостойкостью, хорошо полируется и имеет красивый вид. Применяется главным образом, в качестве ОП, а так же в качестве Б, П, Ш и др.
Диабаз
– магматическая массивная излившаяся
порода. Цвет черный. Выветренные имеют
цвет зеленовато-серый. Скрытокристаллическая
или тонкокристаллическая структура.
Текстура плотная массивная. Минеральный
состав почти аналогичен габбро. Обладает
высокой ударной вязкостью. рт
= 3000
кг/
, Rсж
=
300 ÷ 400 МПа. Обладает высокой
атмосферостойкостью. Имеет сравнительно
невысокую температуру плавления = 1200 ÷
1300°С и является ценным сырьем для
каменного литья. Области применения:
Ш, Щ, КЛ, БК, ОП, П, ТМ и др.
Базальт - магматическая массивная излившаяся горная порода, темно-серого, чаще зелено-черного или черного цвета. Обладает скрытокристаллической, иногда стекловато-зернистой или порфировой структурой и плотной текстурой. По минеральному составу аналогичен габбро, т.е. состоит из плагиоклазов, авгита, реже роговой обманки, иногда оливина. Порода тяжелая, рт = 2700 ÷ 3300 кг/м3, Rсж у базальтов не подверженных выветриванию, достигает 550 МПа. Атмосферостойкость высокая. Применяется в качестве: ОП, Ш, Щ, Б, П, КЛ, ТМ и др.
Вулканические туфы, лавы и трассы - магматические обломочные сцементированные породы. Цвет этих пород может быть желтый, красный, синеватый, лиловый и др. Вследствие быстрого охлаждения магмы эти породы имеют стекловатую структуру, и пемзовидную пористую текстуру, преимущественно с замкнутой пористостью. Состоят они, главным образом, из аморфного кремнезема, который обеспечивает высокую атмосферостойкость рт колеблется в пределах 750 ÷1400 кг/м". Характеризуются невысокой прочностью (Rсж = 6 ÷ 15 МПа) и небольшой теплопроводностью (0,3 ÷ 0,45 Вт/м°С). Применяются в качестве: Щ, (для легких бетонов), ОП, К, СВВ.
Песчаник
кремнистый
- осадочная горная порода, относящаяся
к группе механических отложений, к
подгруппе сцементированных. Цвет
песчаников разнообразен: от белого до
темно-серого, от розового до красно-бурого.
Имеет зернистую (конгломератную)
структуру, плотную текстуру. По составу
представляет собой зерна кварцевого
песка, сцементированные кремнеземистым
веществом, рт
= 2300 ÷ 2700 кг/
, Rсж
=
до 250 МПа. Стойкость высокая. Применяется
в качестве: Щ, Б, П, О , и др. Значительная
твердость кремнеземистых песчаников
затрудняет их обработку.
Брекчия конгломерат – осадочные породы, относящиеся к группе механических отложений, к подгруппе сцементированных Брекчия представляет собой породу, образовавшуюся в результате сцементированного природного щебня или дресвы различными природными цементами (карбонатным, кремнеземистым, железистым и др.). Конгломерат образовался в результате цементирования гравия, галечника вышеуказанными природными цементами. Эти породы имеют различную окраску: от серой, бурой до пестрой. Структура их обломочная угловатая (у брекчии), обломочная окатанная (у конгломерата). Текстура чаще плотная. Rсж, рт зависит от вида цементирующего вещества, породы цементированных частиц и крупности обломков, рт = 2300 ÷2700 кг/м3, Rсж = до 250 МПа и более. Стойкость различна. Для пород с кремнистым цементирующим веществом, с мелкими обломками гранитного происхождения = может быть высокой. Применяются чаще всего для Щ, Б, красивые и стойкие разновидности в качестве ОП.
Известняк-ракушечник — осадочная органогенная зоогенная порода. Цвет чаще светло-серый, желтый. Структура раковистая, текстура пористая. Состоит главным образом из кальцита, т.к. образовалась порода из слабосцементированных известковых ракушек отмерших морских животных организмов, сцементированных известковым цементом, рт = 600÷1500 кг/м3, Rсж = до 15 МПа. Обладает средней атмосферостойкостью. Широко применяется в качестве блоков для стен (К), Щ для легких бетонов, СВВ.
Известняк плотный - осадочная горная порода, по своему образованию может находиться в группе органогенных сцементированных или в группе химических осадков. Цвет известняков белый, но в зависимости от примесей может быть с желтыми, красноватыми, серыми или бурыми оттенками. Встречается кристаллической, мраморовидной, аморфной структуры и плотной текстуры. Состоит главным образом из кальцита с возможными примесями доломита, глины, рт = 1700 ÷2600 кг/м , Rсж может достигать 200 МПа. Обладает средней стойкостью. Широко применяется в строительстве в качестве Щ, Б, ОП, К, С, СВВ и др.
Диатомит, трепел, опока - осадочные органогенные фитогенные породы. Имеют белую окраску с желтоватым оттенком. Структуру имеют землистую, текстуру — мелкопористую. Состоят главным образом из аморфного кремнезема в виде опала с примесями кварца, рm их колеблется от 400 до 1200 кг/м3, Rсж= до 2,5 ÷ 5 МПа. Стойкость высокая. Применяются в качестве Щ (для легких бетонов), СВВ, ТМ и др.
Доломит - осадочная горная порода, относится к группе химических осадков. Имеет белый, желтоватый или серый цвет. Структура у породы может быть скрытокристаллической, мелкозернистой и других видов. Текстура плотная. Мономинеральная порода состоит из минерала доломита, иногда с примесями . рm= 2200 ÷ 2800 кг/м3, Rсж = 100 ÷ 200 МПа. Стойкость средняя. Применяются для получения Щ, СО, СВВ, ТМ и др.
Гипс - осадочная горная порода, химические осадки. Цвет белый, с примесями может быть розоватый. Структура кристаллическая с различной формой кристалла (зерна, волокна и др.) Текстура плотная. Состоит из минерала гипса. рт = 2000 ÷ 2300 кг/м3, Rсж от 5 до 30 МПа. Атмосферостойкость низкая. Применяется как СВВ и при производстве искусственного мрамора для облицовки стен.
Мергель - осадочная горная порода. Представляет собой природную смесь кальцита и глинистых минералов. В зависимости от содержания глинистых минералов (25-60%) может относиться к группе химических осадков или к группе механических отложений. Имеет цвет светло-серый. Структура землистая, текстура плотная. рт = 2000 не более кг/м3, до 0,5 МПа. Легко выветривается, неводостоек и неморозостоек. Применяется в качестве сырья для получения портландцемента.
Гнейс - метаморфическая изверженная горная порода, образуется чаще из гранита. Серого цвета, может быть и розового. Структура кристаллическая разнозернистая. Текстура плотная полосчатая со слабо выраженной сланцеватостью. Состоит главным образом из кварца, слюды, полевых шпатов рт= 2400 ÷2800 кг/м3, Rсж до 400 МПа. Анизотропна по прочности. По плоскости сланцеватости раскалывается на плиты. Расслаивается при замерзании и оттаивании. Устойчива к выветриванию. Применяется в качестве ОП, П, С, Щ, Б.
Кварцит - метаморфическая осадочная горная порода, образуется из кремнистого песчаника. Цвет может быть светлосерый, розовый, красный, вишневый и др. Структура мелкокристаллическая, слитнокристаллическая. Текстура плотная массивная. Состоит из кварца и различных примесей. рт = 2500 ÷ 2700 кг/м3, Rсж = 100 ÷ 450 МПа. Порода очень стойкая против выветривания, имеет высокую твердость, трудно истирается. Применяется в качестве ОП, П, С, СО.
Мрамор – метаморфическая осадочная горная порода образуется из известняков и доломитов. Цвет имеет самый разнообразный: от белого до черного. Может быть розовый, красный, пестрый и др. Структура мрамора зернистая, текстура плотная. Состоит главным образом из кальцита. рт = 2600 + 2800 кг/м3, Rсж = 100 ÷ 300 МПа. Стойкость имеет среднюю. Подвергается сульфатной коррозии. Легко обрабатывается. Применяется в качестве ОП, П, С, Щ и др.
Глинистый сланец - матаморфическая осадочная горная порода. Окраску имеет различную, чаще темно-серую, черную. Структура глинистая. Текстура плотная, сланцеватая. Состоит из каолинита, кварца, слюды и примесей, рт = 1000 ÷ 2000 кг/м3, Rсж до 5 МПа. Rизг - до 8 МПа. Порода анизотропна по прочности. В воде не размокает и не приобретает пластичность в отличие от глин. Раскалывается на тонкие пластинки. Атмосферостойкость высокая. Применяется в качестве кровельных плит, ОП, СВВ.
Хризотил асбест - вторичный минерал, образовавшийся главным образом из серпентина. Цвет имеет от темно-зеленого до светло-серого. Структуру имеет кристаллическую, текстуру - волокнистую. Состав его 3MgO • 2Si02 • 2Н20, рт = 2500 ÷ 2700 кг/м3, Rсж - до 3000 МПа. Атмосферостоек. Обладает большой одсорбционной способностью. Легко расщепляется поперек волокон (распушивается). Применяется при производстве асбестоцементных изделий, ТМ и др.
УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД ВИЗУАЛЬНЫМ МЕТОДОМ
Ознакомиться с минералами и горными породами по имеющимся в коллекции образцам и установить их признаки.
Изучить состав и структуру минералов и горных пород.
Определить основные физические и механические свойства.
Установить твердость минералов с помощью стандартной шкалы.
Определить группу пород по условиям образования с помощью стукрурно-текстурных признаков.
Для определения карбонатных пород необходимо использовать способность их реагировать с соляной кислотой
Обосновать области применения горных пород в строительстве.
Результаты работы по данной теме оформляются в виде таблиц (табл.
1,2).
