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/м^J. 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/ , R_сж = 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, R_сж = 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, R_cж = 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, R_сж = 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, R_сж = 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 р_т = 2500 ÷ 2900 кг/м³, R_сж = 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 р_т = 2900 ÷ 3300 кг/м³, R_cж = 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. р_т = 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, р_т = 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 р_т 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, р_т = 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, р_т зависит от вида цементирующего вещества, породы цементированных частиц и крупности обломков, р_т = 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, р_т = 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, р_т = 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, R_сж= 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 . р_m= 2200 ÷ 2800 кг/м³, R_сж = 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. р_т = 2000 ÷ 2300 кг/м³, R_сж 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. р_т = 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 р_т= 2400 ÷2800 кг/м³, R_сж 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. р_т = 2500 ÷ 2700 кг/м³, R_сж = 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. р_т = 2600 + 2800 кг/м³, R_сж = 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, р_т = 1000 ÷ 2000 кг/м³, R_сж до 5 МПа. R_изг - 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, р_т = 2500 ÷ 2700 кг/м³, R_сж - 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).