ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы: определить происхождение, минеральный состав, основные свойства природных каменных материалов и установить области их применения в строительстве.
Материалы и оборудование:
1.Коллекция минералов и горных пород.
2.Лупа.
3.Стальная игла или стальной нож.
4.Шкала твердости.
5.Линейка.
6.Стеклянная пластинка.
Общие сведения
Материалы и изделия из естественного камня, применяемые в строительстве и архитектуре, имеют различное происхождение и минеральный состав, что, в свою очередь, предопределяет их физико-технические и декоративные свойства.
Классификация горных пород по генетическому происхождению приведена в табл.2.1.
Таблица 2.1
Классификация горных пород
| Магматические (изверженные породы) | Осадочные породы | Метаморфические породы | |
| 1. Массивные 1.1. Глубинные – гранит, сиенит, диорит, габрдорит, габбро. 1.2. Излившиеся – кварцевые порфиры, порфириты, трахит, андезит, диабаз, базальт | 1.Химические осадки – гипс, ангидрит, магнезит, доломит, известковый туф (травертин) | 1.Магматические – гнейс | |
| 2. Обломочные. 2.1. Рыхлые – вулканический пепел и пемза. 2.2. Цементированные – туфы вулканические | 2. Механические отложения. 2.1. Рыхлые – глина, песок, гравий, валуны. 2.2. Цементированные – песчаник, конгломераты, брекчия | 2. Осадочные – мрамор, кварцит, глинистые сланцы | |
| 3. Органогенные образования. 3.1. Зоогенные – мел, ракушечник, известняк. 3.2. Фитогенные - диатомит, опока, трепел |
Горные породы представляют собой сочетание разных минералов. Например, гранит (полиминеральная порода) содержит много минералов, но основными являются полевой шпат, кварц и слюда (черная или белая). В ряде случаев порода может быть сложена из одного минерала (мономинеральная порода), например гипс, известняк, мел.
|
|
|
Минерал(от латинского minera – руда) - природное тело, однородное по химическому составу, строению и физическим свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов на поверхности и в глубинах земли. В основном минералы представляют собой твердые тела: кристаллические или аморфные.
При изучении природных каменных материалов необходимо установить их происхождение и минеральный состав, детально ознакомиться с внешними декоративными свойствами (цвет, блеск, текстура, структура и др.) и физико-техническими показателями (средняя плотность, пористость, водопоглощение, прочность, твердость, истираемость, водостойкость, морозостойкость и др.), определить области их применения в строительстве.
Порядок выполнения работы
Каждая бригада изучает 2 минерала и 3 горные породы (по заданию преподавателя).
|
|
|
На первом этапе выполнения лабораторной работы составляется петрографическая характеристика природного каменного образца (в пер. с греч. “петра” – камень, “графио” – описание). При этом обращается внимание на такие показатели, как:
· форма кусков;
· текстура;
· цвет;
· спайность;
· блеск;
· поверхность излома;
· структура;
· твердость.
Форма кусков. Форма кусков породы может быть правильной или неправильной, кубовидной, плитовидной, параллелепипедной, ромбической, шаровидной и др.
Цвет. Этот показатель зависит от минерального состава, примесей и степени выветрелости. Обычно горные породы делят по цвету на шесть групп: белые (почти бесцветные), от желтого до красного, зеленые, от голубого до фиолетового, от темно-серого до черного, с многоцветной окраской (пестрые).
Белый цвет обычно имеют известняки и гипсы; наличие в них глины и примесей придает породе желтые и бурые оттенки. Граниты и сиениты обычно характеризуются серым или красным цветом, более темные оттенки этих цветов указывают на присутствие в породе слюды-биотита. При описании цвета отмечают наличие цветных пятен, жилок и др.
|
|
|
Блеск - это способность отражать свет. Он зависит не от цвета минерала, а от характера его поверхности. На гранях кристаллов он может быть одним, а в изломе другим. Различают блеск стеклянный (кварц на гранях кристаллов, кальцит, полевые шпаты), металлический (пирит, магнетит), жирный (кварц в изломе, нефелин), восковый (халцедон, опал), шелковистый (тальк, хлорит, асбест), матовый (каолин, мел). Причем под матовым блеском следует понимать отсутствие всякого блеска. Оно обусловлено мелкопористым строением минерала, когда падающий свет полностью рассеивается в разных направлениях.
Многие минералы обладают перламутровым (слюда, пластинчатый гипс, некоторые полевые шпаты), радужным (топаз, опал) отливом, а также проявляют свойство иризации, характеризующееся изменением цвета на полированной поверхности при повороте минерала (полевой шпат и лабрадор вспыхивают в некоторых местах синим, реже – золотисто-желтым цветом).
Структура. Под структурой следует понимать состояние вещества породы, форму и размеры слагающих его частиц. Она может быть кристаллической плотной и зернистой (гранит, сиенит, флюрит и др.) с различной крупностью кристаллов: гигантокристаллическая (зерна более 10 мм), крупнокристаллическая (10...5 мм), среднекристаллическая (5...1 мм), мелкокристаллическая (1...0,1 мм), микро- или скрытокристаллическая (менее 0,1 мм). Кроме того, различают порфировидную структуру (размеры кристаллов отличаются в десятки раз) – у порфиров; аморфную (стекловатую) – у обсидианов; оолитовую (цементированные известковым цементом шарообразные зерна кальцита) – у известняков; зернистую – у песчаников.
|
|
|
Текстура. Под текстурой следует понимать сложение породы. Текстуры могут быть однородные (массивные) при равномерном, хаотичном расположении минералов в породе или неоднородные при слоистом, полосчатом или ином неравномерном расположении минералов либо отдельных составляющих частиц породы.
Кроме того, текстура может быть плотной (сланцеватого, чешуйчатого и волокнистого строения) или пористой (ячеистого, дырчатого и землистого строения). Одновременно определяют наличие трещиноватости, размер трещин и наличие в породе различных включений.
Спайность. Это свойство характеризует способность некоторых кристаллических минералов при ударе раскалываться по определенным гладким плоскостям.
Различные минералы обладают неодинаковой спайностью: весьма совершенная спайность – минералы легко расщепляются (например, слюда расслаивается на тонкие листочки в одном направлении); совершенная спайность – минералы раскалываются по определенным плоскостям, образуя ровные и блестящие поверхности (например, кальцит обладает спайностью в трех направлениях, а полевые шпаты - в двух); средняя спайность – минералы при раскалывании образуют частично неровные или частично ровные поверхности; несовершенная спайность или полное ее отсутствие – минерал раскалывается по неопределенным направлениям и дает неровные поверхности излома (например, кварц). Аморфные материалы не имеют спайности.
Спайность снижает прочность горной породы и затрудняет механическую обработку природных каменных материалов.
Структура и текстура - взаимодополняющие характеристики горных пород. На рис. 2.1-2.5 представлены различные типы структур и текстур.
Поверхность излома. Характер излома зависит от спайности.
Ровный гладкий излом образуется при наличии весьма совершенной спайности. Например, слюду можно расщеплять в одной плоскости на очень тонкие пластинки, а в перпендикулярной плоскости излом будет неровный, так как в этом направлении спайность отсутствует.
Гладкозернистый излом образуется у минералов, имеющих совершенную спайность и средне- или мелкокристаллическое строение. Например, мраморы при изломе дают массу гладких поверхностей, ориентированных в различных направлениях.
Рис. 2.1. Структура крупнокристаллическая. Текстура однородная массивная
|
Рис. 2.2. Структура среднекристаллическая. Текстура однородная массивная
|
Рис. 2.3. Структура порфировидная. Текстура неоднороднокристаллическая
| 
Рис. 2.4. Структура (текстура) пегматитовая
|
| 
|
|
Рис. 2.5. Структуры порфировые. Текстуры пятнистые | |
Плоскоступенчатый излом характеризуется образованием массы ступенчатых поверхностей при раскалывании. В частности, полевые шпаты образуют такие поверхности в двух плоскостях и дают неровную поверхность в третьей плоскости, где спайность отсутствует.
Неровный излом образуется при несовершенной спайности или полном ее отсутствии. При этом гладких поверхностей не образуется. Такой излом имеют кварц, корунд, магнетит, гематит и др.
Раковистый излом характеризуется образованием овальных поверхностей, напоминающих раковины. Примером могут служить опал, халцедон и др.
Занозистый излом напоминает поверхность, которая образуется при разломе древесины в направлении ее роста. Примером может служить роговая обманка, для которой в одной плоскости, где имеется спайность, излом гладкий, а в перпендикулярном направлении занозистый.
Землистый излом присущ минералам, не имеющим выраженной кристаллической структуры. Примером могут служить каолин, боксит и др. На рис. 2.6...2.9 представлены различные типы изломов.
Рис. 2.6. Плоскоступенчатый
излом для полевых шпатов
| 
Рис. 2.7. Пластинчатые кристаллы слюды
|
| 
|
| Рис. 2.8. Раковистый излом у обсидиана | Рис. 2.9. Лучисто-волнистое строение хлорита-клинохлора |
Индивидуальные особенности. Многие минералы обладают целым рядом индивидуальных признаков. Это может быть вкус (соли), запах (каолинит), магнитность (магнетит), радиоактивность, характерные реакции с кислотами (кальцит бурно реагирует даже с разбавленной соляной кислотой), окрашивание пламени паяльной трубки в характерный цвет, ковкость, хрупкость и др.
Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела. Это свойство имеет важное значение при механической обработке каменных материалов.
Твердость однородных каменных материалов определяют по шкале твердости, которая была предложена в 1811 г. профессором Венского университета Ф. Маосом. Шкалу составляют 10 широко известных минералов (табл. 2.2). Каждый последующий минерал шкалы оставляет царапину на всех предыдущих.
Таблица 2.2
Шкала твердости Маоса
| Минерал | Число твердости по Маосу | Сравнительная твердость | Группа минералов по твердости |
| Тальк | 1 | Царапаются ногтем | Мягкие |
| Гипс | 2 | ||
| Кальцит | 3 | Царапаются стеклом | Средней твердости |
| Флюорит | 4 | ||
| Апатит | 5 | Равен твердости стекла | Твердые |
| Ортоклоз (полевой шпат) | 6 | Царапают стекло | |
| Кварц | 7 | ||
| Топаз | 8 | Царапают кварц и легко режут стекло | Очень твердые |
| Корунд | 9 | ||
| Алмаз | 10 |
В лабораторных условиях, имея набор минералов шкалы Маоса, сравнивают твердость исследуемого минерала с эталоном. Например, если какой-либо минерал царапает кальцит, а сам царапается флюоритом, то его твердость принимается равной 3,5.
В полевых условиях для определения твердости можно использовать подручные предметы. Твердость ногтя равна 2,5, медной монеты - 3, железного гвоздя и стекла - 5, лезвия ножа или стальной иглы 5,5...6, напильника – 6...6,5.
Таким образом, для составления петрографической характеристики минералов и горных пород необходимы такие показатели, как цвет, блеск, структура, текстура, спайность, поверхность излома, твердость и др.
Петрографическая характеристика образцов минералов и горных пород представляется в отчете в описательной форме. При этом целесообразно использовать учебные пособия [6, 7, 8], в которых приведены примеры описания различных минералов и горных пород. Кроме того, рекомендуется использовать прил. 2настоящего пособия, где представлены характеристики минералов различной твердости.
После составления петрографической характеристики образцов природных каменных материалов, выданных в соответствии с заданием, оценивают основные физико-технические свойства. Для этого используют сведения из учебной, специальной и справочной литературы [9…16], рекламных проспектов, а также приложений 2...9. В отчете по лабораторной работе результаты испытаний представляются в табличной форме (форма табл. 2.3).
Физико-технические свойства природных каменных материалов взаимосвязаны между собой и во многом определяются минеральным составом пород, их структурой и однородностью. Например, мономинеральные мелкокристаллические разности пород обрабатываются легче, чем крупнокристаллические или с включением минералов повышенной твердости (кварц, гранит и др.) [8].
Требования к стеновым, облицовочным, конструкционным и другим природным материалам на основе горных пород устанавливаются стандартами (ГОСТ, ТУ). Технические требования к горным породам для бутового камня, облицовочных плит и стеновых изделий представлены в приложении 8.
Форма таблицы 2.3
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 830; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!