1− Скоба; 2 − неподвижная плоскость; 3 − подвиж­ная плоскость;

4 − Винт; 5 − стебель; 6 − шкала; 7 − гильза; 8 − трещотка; 9 − тормоз

Если измеряемый образец имеет форму куба или параллелепипеда, то каждую грань измеряют в трех местах по высоте. За окончательный размер каждой грани принимают среднее арифметическое трех измерений. Если образец имеет форму цилиндра, то его диаметр устанавливают как среднее арифметическое двух взаимно-перпендикулярных диаметров, измеренных посередине высоты цилиндра.

Для определения массы образцов или проб применяют весы. В зависимости от величины погрешности и определяемой массы взвешивание производится на весах различных типов:

− торговые типа ВТЦ-10 с погрешностью измерения 5 г (цена деления 5 г, максимальный груз 10 кг);

− лабораторные электронные типа ЕТ-600 с погрешностью измерения 0,02 г (дискретность отсчета 20 мг, максимальный груз 600 г);

− квадрантные лабораторные ВЛКТ-5 с погрешностью измерения 0,01 г (максимальный груз 5 кг);

− аналитические с погрешностью измерения 0,001 г и др.

Обязательное условие для всех типов весов – их постоянное место, с которого их переносить не разрешается. Весы устанавливаются по отвесу или уровню. Всякое взвешивание должно производиться в какой-нибудь таре, масса которой должна быть известна до начала взвешивания.

Для сушки образцов и проб строительных материалов применяются сушильные шкафы различных типов с температурой нагрева до 150 ^оС. Для автоматического поддержания заданной температуры сушильный шкаф должен быть снабжен терморегулятором.

Для определения прочностных показателей строительных материалов с разрушением образцов применяются механические, гидравлические или ручные прессы (рисунок 2).

Гидравлический пресс ВМ–3,5 (рисунок 3а) состоит из плиты основания 1 со стойками 3, которые удерживают траверсу 2 с верхней плитой 7, подвешенной на винте ручной подачи через шаровую опору. В силовой цилиндр пресса 4 плунжерным насосом 15 с гидроусилителем ГУ подается масло под давлением.

Приводом плунжерного насоса служит однофазный мотор 9 мощностью 0,95 кВт и редуктор с кривошипом 11. Все узлы маслонапорной системы (поз.9, 10, 15, ГУ и МВ) смонтированы на вертикальной раме между стойками пресса 3 справа (на рисунке монтажная рама не показана).

Перед началом испытаний образец 8 устанавливают на нижнюю плиту 6 так, чтобы разрушающая нагрузка была направлена вдоль геометрической оси образца. Верхнюю плиту прижимают к образцу винтом ручной подачи. Управление процессом испытания производится с помощью кнопок 21 («пуск/стоп»; «установка нуля» и «выбор скорости нагружения») выносного электронного пульта 18.

Пульт ПУ–5 (рисунок 3б) комплектуется тремя кабелями (Т, М и С). Пресс подключается к пульту двумя кабелями через два гнезда 22, расположенные на его задней стенке:

− 9-штырьковый микроразъем общего кабеля Т от тензодатчика 17 и микровыключателей МВ;

− 3-х фазную розетку кабеля М управления мотором 9.

В третье гнездо пульта (3-х штырьковую сетевую вилку) подключают отдельный кабель питания С электрической схемы пресса и пульта от внешней сети. Пульт защищен предохранителем ПП и имеет клавишу-выключатель сети ВС.

Испытания начинают подачей напряжения от сети (выключатель ВС) и нажатием кнопки «ПУСК-СТОП» (при закрытом вентиле сброса давления масла 14), а прекращение испытания – повторным нажатием кнопки «ПУСК-СТОП». Положение поршня в процессе испытания контролируется микровыключателями МВ и световыми индикаторами 20 (МАКС. и МИН.). После проведения испытания открывают вентиль сброса давления 14. Поршень опускается в исходное положение, а масло уходит в маслоприемник 12.

а) пресс гидравлический

б) выносной пульт

Рисунок 3 – Схема гидравлического пресса

В прессе ВМ–3.5 с тензоизмерителем усилия и электронной схемой измерения на табло пульта 19 (6-разрядный цифровой индикатор с ценой деления 0,1 кН) при испытании отражается текущая нагрузка сразу в кН, а ее максимальное значение P_макс фиксируется и остается до нового цикла. Новый цикл испытаний начинают со сброса предыдущих показаний индикатора 19 на нуль кнопкой: «Установка нуля» и закрытия вентиля 14.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

В строительстве, начиная с производства строительных материалов и кончая возведением зданий и сооружений, используются измерения различных видов. Измеряют массу и плотность, силу и давление, температуру, параметры электрического тока и другие физические величины. Для измерения основных физических величин используют стандартные измерительные средства с известными метрологическими характеристиками и отработанной организацией поверочных работ. Применяемые измерительные средства имеют, как правило, некоторый запас по точности, т.е. погрешность измерения в 5…10 раз, а иногда в 20…30 раз меньше, чем заданный допуск на измеряемый параметр.

Однако при определении специальных свойств различных строительных материалов стандартные измерительные средства применяются в качестве вспомогательных в комплексе со специальными приборами, разработанными только для данного испытания. Точность определения заданного параметра при этом зависит, как правило, от ряда специальных операций, выполняемых при испытаниях.

Большинство методов и средств испытаний строительных материалов регламентированы только строительными стандартами и не проходили метрологическую экспертизу. Например, при определении подвижности и жесткости бетонной смеси, морозостойкости бетона, прочности бетона с использованием неразрушающих методов погрешность измерений остается неизвестной и допуск на определяемый параметр, как правило, не задан.

При определении наиболее ответственных функциональных параметров, например, прочности бетона при разрушении контрольных образцов-кубов, учитываются возможные отклонения от значений, полученных при испытании. Область технологического рассеивания результатов здесь изучена хорошо. Погрешность стандартного измерительного средства (пресса) ничтожно мала по сравнению с рассеиванием, связанным с неоднородностью материала, и не учитывается при расчете гарантированной прочности.

Измерения – один из важнейших путей познания природы человеком. Наука и промышленность не могут существовать без измерений. Диапазон измеряемых величин и их количество постоянно растут. При этом возрастает и сложность измерений. Измерительная технология как последовательность действий направлена на получение информации требуемого качества.

Значимость измерений – вторая причина важности измерений. Основа любой формы управления, анализа, прогнозирования или регулирования – достоверная исходная информация, которая может быть получена лишь путем измерения требуемых физических величин, параметров и показателей. Только высокая и гарантированная точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений. Современные науки и техника позволяют выполнять многочисленные и точные измерения, однако затраты на них становятся соизмеримыми с затратами на исполнительные операции.

В основе измерения физических величин ФВ лежит метрология – наука об измерениях, об обеспечении их единства, о методах и средствах достижения требуемой точности.

Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью.

Основные статьи Закона РФ “Об обеспечении единства измерений” устанавливают: организационную структуру государственного управления обеспечением единства измерений; нормативные документы по обеспечению единства измерений; единицы величин и государственные эталоны единиц величин; средства и методики измерений.

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Средство измерений – техническое устройство, предназначенное для измерений и позволяющее решать измерительную задачу путем сравнения измеряемой величины с единицей или шкалой ФВ. Средство измерений − обобщенное понятие, объединяющее самые разнообразные конструктивно законченные устройства, обладающие одним из двух признаков: вырабатывают сигнал (показание), несущий информацию о размере (значении) измеряемой величины и воспроизводят величину заданного размера (таблица 1).

Все объекты окружающего мира характеризуются своими свойствами. Свойство – философская категория, выражающая такую сторону объекта, кото­рая обусловливает его различие или общность с другими объектами и обнаруживается в его отношениях к ним. Свойство – категория качественная. Для количественного выра­жения вводится понятие величины. Величина не существует сама по себе и имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выражаемыми данной ве­личиной.

Физическая величина – характеристика свойства физического объекта, общая в качественном отношении многим фи­зическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объ­екта.

Размер ФВ (числовое значение) – количественное содержание в данном объекте свой­ства, соответствующего понятию ФВ. Например, каждое тело имеет свою массу и тела можно различать по их массе, т.е. по размеру интересующей нас ФВ.

Значение ФВ – это оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц

Единица ФВ (единица измерения) – это ФВ фиксированного размера, ко­торой ус­ловно присвоено числовое значение, равное 1. Она применяется для количествен­ного выражения одно­родных физических величин. Размер единиц ФВ устанавливается путем их законодательно закрепленного определения метрологическими организациям государства.

Таблица 1 – Средства измерений, применяемые в строительстве

Типовые средства измерений	Измеряемые параметры
Линейки, метры, рулетки, микроскопы, штангенциркули, скобы. Спектрофо­тометры, светодальномеры, оптические дальномеры, щупы оптические и т.д.	Линейные и угловые величины: механические; оптические
Интерферометры, профилографы, микронивелиры, лекальные линейки, плоскомеры, контрольные рейки, уровни, автоколлиматоры	Отклонения формы поверхности, плоскостности, прямолинейности
Весы, гири	Масса
Прессы, копры, динамометры, твердомеры, силоизмерительные машины, склерометры	Прочность, твердость, сила, износоустойчивость
Пикнометры, ареометры, денсиметры, приборы неразрушающего контроля	Плотность
Вискозиметры, дуктилометры, конусы, пенетрометры	Вязкость
Термометры ртутные и сопротивления, термопары	Температура
Дилатометры, колориметры	Теплофизические величины
Влагомеры, психрометры, рефрактометры, поляризационные микроскопы	Влажность, показатели преломления
Шумомеры, виброметры	Акустические величины
Амперметры, вольтметры, омметры, конденсаторы	Электрические величины
Часы, секундомеры, реле времени, вибрографы, частотомеры	Время и частота
Виброметры, вибростенды, тахометры, анемометры	Параметры движения
Расходомеры, счетчики, дозаторы, меры вместимости	Расход и количество
Манометры, напорометры, тягомеры	Давление
Климатические камеры, разрывные, усталостные, универсальные машины, вибростенды	Испытания материалов, изделий и конструкций

При проведении измерений следует учитывать номинальные значения физических величин при нормальных условиях (таблица 2).

В случае отклонений от этих условий следует вводить поправку на систематическую погрешность измерений.

Основная физическая величина – ФВ, входящая в систему и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

Система физических величин – совокупность физических величин, связанных между собой зависимостями.

Система единиц физических величин – совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с принятыми принципами. Совокупность основных и производных единиц ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой единиц ФВ. В РФ используется система единиц средств измерений “Systeme International unites”, введенная ГОСТ 8.417 “ГСИ. Единицы физических величин”. В русской транскрипции она приняла аббревиатуру СИ.

Таблица 2 − Номинальные значения ряда физических величин

Влияющая величина	Значение
Температура для всех видов измерений, оС (К)	20 (293)
Давление окружающего воздуха для измерения ионизирующих излучений, теплофизических, температурных, магнитных, электрических измерений, измерения давления и параметров движения, кПа (мм рт. ст.)	100 (750)
Давление окружающего воздуха для линейных, угловых измерений, измерения массы, силы света и измерений в других областях, кроме указанных выше, кПа (мм рт. ст.)	101,3 (760)
Относительная влажность воздуха для линейных, угловых измерений, измерения массы, измерений в спектроскопии, %	58
Относительная влажность воздуха для измерения электрического сопротивления, %	55
Относительная влажность воздуха для измерений температуры, силы твердости, переменного электрического тока, ионизирующих излучений, параметров движения, %	65
Относительная влажность воздуха для всех видов измерений, кроме указанных выше, %	60
Плотность воздуха, кг/м3	1,2
Ускорение свободного падения, м/с2	9,8
Магнитная индукция (Тл) и напряженность электростатического поля (В/м) для измерений параметров движения, магнитных и электрических величин	0
Магнитная индукция (Тл) и напряженность электростатического поля (В/м) для всех видов измерений, кроме указанных выше	Соответствует характеристикам поля Земли в данном географическом районе
Частота питающей сети переменного тока, Гц	50 ± 1
Среднеквадратичное значение напряжения питающей сети переменного тока, В	220 ± 10

Различают системные и внесистемные единицы измерений.

К системным единицам измерений относятся:

− основные или условно независимые единицы измерений – 7 наименований (длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая тем­пература, количество вещества, сила света);

− производные или условно зависимые единицы измерений - 18 наименований (частота, сила, давление, энергия, мощность, количество электриче­ства, электрическое напряжение, электрическая емкость, электрическое сопротивление, электрическая проводимость, поток магнитной индукции, магнитная индукция, индуктивность, световой поток, осве­щенность, активность радионуклида, поглощенная доза ионизирующего излучения, экви­валентная доза излучения) Производные единицы могут быть когерентными (связанные с другими единицами системы уравнением, в котором числовой множитель принят равным единице, например, ско­рость) и некогерентными, в уравнении которого содержится числовой коэффициент, отличный от единицы. Для преобразования в когерентную единицу следует подставлять величины со значениями в единицах средств измерений, дающие после умножения на коэффициент общее числовое значение, равное единице.

− дополнительные единицы измерений – 2 наименования (плоский угол, телесный угол).

К внесистемным единицам измерений относятся:

− единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ (тонна, градус, минута, час, сутки, секунда, литр);

− единицы, допускаемые к применению в специальных областях (морская миля, карат, мм. рт. ст., л. с., световой год, парсек, диоптрия, астрономическая единица, гектар, электрон-вольт, вольт-ампер, реактивная мощность, атомная единица массы и некоторые другие).

Различают кратные и дольные единицы физических величин. Кратная единица – это единица физической величины, в целое число раз превышающая системную или внесистемную единицу. Дольная единица − единица физической величины, значение которой в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы (таблица 3).

Таблица 3 – Множители и приставки для образования десятичных

кратных и дольных единиц и их наименований

Множитель	Приставка	Обозначение приставки		Множитель	Приставка	Обозначение приставки
		международное	русское			международное	русское
1018	экса	Е	Э	10-1	деци	d	д
1015	пета	Р	П	10-2	санти	c	с
1012	тера	Т	Т	10-3	милли	m	м
109	гига	G	Г	10-6	микро	μ	мк
106	мега	M	М	10-9	нано	n	н
103	кило	k	к	10-12	пико	p	п
102	гекто	h	г	10-15	фемто	f	ф
101	дека	da	да	10-18	атто	а	а

Когерентная производная единица физической величины – производная единица, связанная с другими единицами системы уравнением, в котором числовой коэффициент принят равным 1.

Конечная цель измерения – получение количественной информа­ции об объекте из­мерения.

Объект измерения – реальный физический объект, свойства которого характеризу­ются одной или несколькими измеряемыми величинами. Одна из них – это ФВ, подлежащая определению в соответствии с измеряемой задачей.

Измерение – последовательность сложных и разнородных действий по отношению к объекту измерения.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Перед началом работ преподаватель проводит общий инструктаж по технике безопасности проведения лабораторных работ. Студенты, получившие инструктаж, должны расписаться в специальном журнале. После этого, они допускаются к проведению лабораторных работ и при этом обязуются выполнять следующие правила:

− перед началом занятий ознакомиться с заданием, применяемым оборудованием, инструментом и материалами;

− немедленно сообщить преподавателю или лаборанту о замеченных неисправностях и нарушениях правил техники безопасности;

− не трогать, не включать без разрешения преподавателя или лаборанта рубильники, пускатели и другие электрические приборы и оборудование;

− при выполнении работ использовать защитную рабочую одежду (халаты, фартуки), имеющиеся в лаборатории;

− выполнять в лаборатории только ту работу, которая поручена, не загромождать свое рабочее место оборудованием и материалами, не относящимися к выполняемой работе;

− запрещается оставаться в лаборатории одному, обязательное присутствие второго лица необходимо для оказания помощи при несчастном случае, пожаре и т.п.;

− если произошел несчастный случай, немедленно сообщить об этом преподавателю или лаборанту для оказания помощи и составления акта.

ОТЧЕТ

После выполнения лабораторной работы каждый студент (звено) составляет отчет в специальной тетради (журнале). В отчет рекомендуется включать:

− наименование и цель работы;

− краткие общие сведения об исследуемом материале и технические требования к нему;

− краткое описание выполненной работы, используемых приборов и оборудования, методик испытаний;

− результаты исследований, полученных всей подгруппой, в виде сводных таблиц и графических зависимостей;

− анализ результатов работы с общими выводами и рекомендациями.

Защита лабораторных работ осуществляется по мере завершения отдельных работ или на итоговом занятии.

Студенты, пропустившие занятия, должны отработать их в конце семестра по графику.

Лабораторная работа № 1

ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Общие сведения

Природными каменными материалами называют строительные материалы, получаемые из горных пород путем механической обработки или без нее. Под механической обработкой понимают процессы, направленные на изменение формы и размеров массивных горных пород путем раскалывания, дробления, распиливания, шлифования, полирования, просеивания и т.д. Получаемые при этом строительные материалы почти полностью сохраняют свойства исходной горной породы. Природные каменные материалы обладают рядом ценных строительно-технических свойств: прочность, твердость, морозостойкость, водостойкость, декоративность и др.

В таблице 4 приведены сведения о применении горных пород в строительстве.

Таблица 4 − Применение горных пород в строительстве

Область применения	Наименование породы	Метод переработки
Бутовый камень	Гранит, известняк. диорит, песчаник	Взрыв, выломка, раскалывание
Камни для гидросооружений	Гранит, диорит, диабаз, габбро	Взрыв, выколка, распиливание
Бортовые камни, булыжник, брусчатка	Гранит, диорит, диабаз, габбро	Раскалывание, вытесывание
Камни и блоки для кладки стен	Пористые известняки, известняки-ракушечники	Распиливание
Плиты и камни для облицовки стен	Гранит, габбро, лабрадорит, мрамор, кварцит, магнезит	Распиливание, полирование, раскалывание, шлифование
Щебень	Гранит, диорит	Дробление, рассев
Гравий	Рыхлые залежи гравия	Просеивание
Песок	Рыхлые залежи песка	Просеивание
Вяжущие вещества	Глина, известняк, гипс, мергель, магнезит, доломит	Дробление, помол, обжиг
Керамика	Глина	Помол, обжиг
Каменное литье	Гранит, диорит, диабаз, габбро	Измельчение, плавление, литье

Для оценки свойств природных каменных материалов и выбора области их применения необходимо знать свойства и строение исходных горных пород и слагающих их природных минералов.

Природные минералы – образования, сформировавшиеся в результате геохимических процессов, протекающих в земной коре. Каждый минерал имеет определенный химический состав, структуру и свойства.

В земной коре более 7000 минералов и их разновидностей. Большинство их них встречаются редко и лишь немногие (около 100) встречаются часто и в достаточно больших количествах, входят в состав тех или иных горных пород. Такие минералы называют породообразующими.

Структура минералов. Природные минералы в большинстве имеют кристаллическое строение, и лишь некоторые – аморфное. Минералы обладают однородностью строения, состава и свойств. Свойства кристаллических минералов могут быть одинаковыми по всем направлениям (изотропность) или разными по различным направлениям (анизотропность). Аморфные минералы не имеют кристаллической решетки и по своим свойствам они изотропны. Для них характерна неправильная внешняя форма.

Химический состав минералов. Каждый минерал имеет свой химический состав. В отдельных случаях можно встретить минералы сходного химического состава, но в этом случае они обязательно имеют различное внутренне строение, а, следовательно, и различную внешнюю форму.

Физические свойства минералов. Каждый минерал имеет определенные физические свойства. Для строительной отрасли необходимо учитывать такие свойства как: цвет, прозрачность, блеск, спайность, плотность, твердость,

По цвету минералы делятся на две группы: светлые (кварц, полевые шпаты, гипс, кальцит) и темные (роговая обманка, авгит).

По способности пропускать свет через свою толщу минералы делятся на три группы: прозрачные (кварц, мусковит), полупрозрачные (гипс, халцедон) и непрозрачные (пирит, графит).

По блеску (способности поверхности отражать свет в различной степени) минералы делятся на несколько групп: стеклянные (силикаты), жирные (тальк), шелковистые (асбест) и др.

По спайности (способности раскалываться или расщепляться по определенным направлениям с образованием ровных плоскостей - плоскостей спайности), минералы делятся на следующие группы:

− минералы, имеющие весьма совершенную спайность (минералы легко расщепляются по плоскостям спайности);

− минералы, имеющие совершенную спайность (минералы практически всегда раскалываются по плоскостям спайности);

− минералы, имеющие несовершенную спайность (раскалывание минералов не всегда проходит по плоскостям спайности);

− минералы, у которых спайность отсутствует (минералы при раскалывании образуют неровные поверхности).

По плотности минералы делятся на три группы: тяжелые (ρ > 4,0 г/см³), средние (ρ = 2,5…4,0 г/см³) и легкие (ρ < 2,5 г/см³).

По твердости (способности минералов противостоять внедрению в него другого более твердого тела) минералы делятся на четыре группы: мягкие, средние, твердые и очень твердые (таблица 5).

Горные породы представляют собой природные минеральные агрегаты, которые «рождаются» в земной коре. Каждой породе свойственно известное постоянство химического и минерального составов, структуры, а иногда и условий залегания в земной коре.

Таблица 5 − Твердость природных минералов *

Эталонный минерал, химическая формула	Твердость по шкале Мооса	Микротвердость, МПа	Визуальные признаки	Группа по твердости
Тальк, 3MgO4SiO2H2O	1	24	Легко чертится ногтем	Мягкие
Гипс, CaSO42H2O	2	360	Чертится ногтем	То же
Кальцит, СаСО3	3	1090	Легко чертится стальным ножом	Средней твердости
Флюорит (плавиковый шпат), CaF2	4	1890	Чертится стальным ножом под нажимом	То же
Апатит Ca5(PO4)3(F,ОН,CL)2	5	5360	С трудом царапается стальным ножом	То же
Ортоклаз, K2OAL2O36SiO2	6	7967	Царапает стекло при сильном нажиме	Твердые
Кварц, SiO2	7	11200	Чертит стекло	То же
Топаз, AL2O3SiO2 H2O	8	14270	Режет стекло	Очень твердые
Корунд, AL2O3	9	20600	Чертит топаз	То же
Алмаз, С	10	100600	Чертит корунд	То же

* − на практике часто используются такие эталоны твердости, как мягкий карандаш – 1; ноготь – 2,5; медная монета – 3,5; стекло – 5; лезвие ножа – 5,5.

Горные породы чаще всего состоят из нескольких минералов (полиминеральные горные породы). В отдельных случаях они состоят из одного минерала и называются мономинеральными (гипс, ангидрит, мрамор, кварцит и др.). Горные породы не имеют химических формул. Их состав оценивается химическим анализом.

Большое разнообразие (около 1000) горных пород удобно и логично изучать, если их классифицировать по условиям образования (генетическая классификация), т.к. именно условия образования определяют формирование структуры, строения и свойств горных пород, а, следовательно, и природных каменных материалов.

По генезису горные породы делят на 3 большие группы (таблица 6).

Таблица 6 − Генетическая классификация горных пород

1 Магматические породы (магматиты)	↓ ↓ ↓ ↓ Процессы выветривания ↓ ↓ ↓ ↓		2 Осадочные породы
1.1 Глубинные (интрузивные): гранит, сиенит, диорит, габбро, лабрадорит			2.1 Механические отложения (обломочные)
1.2 Излившиеся (эффузивные)			2.1.1 Рыхлые: глины, пески, гравий
а) плотные: кварцевый порфир, бескварцевый порфир, трахит, порфирит, андезит, диабаз, базальт			2.1.2 Цементированные: песчаник, конгломерат, брекчия
б) пористые (вулканические)			2.2 Химические осадки: гипс, ангидрит, магнезит, доломит, известковый туф, некоторые известняки
− рыхлые: вулканический пепел, вулканический песок, пемза			2.3 Органогенные отложения: мел, большинство известняков, ракушечник, диатомит, трепел
− цементированные: вулканическая лава, туф, трассы
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ Процессы глубокого преобразования (метаморфизм) ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
3 Метаморфические породы
3.1 Измененные изверженные породы (гнейсы)		3.2 Измененные осадочные породы: мрамор, кварцит, глинистые сланцы

Магматические горные породы образовались в результате охлаждения и застывания магмы (огненно-жидкого природного силикатного расплава). Многообразие пород этой группы обусловлено различиями в химическом составе магмы и условиях ее остывания и затвердевания.

Осадочные горные породы образовались в результате процессов выветривания первичных магматических горных пород (механические отложения), выпадения из водных растворов химических осадков (химические осадки) и накопления и преобразования остатков животного мира и растений (органогенные отложения).

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в результате преобразования магматических и осадочных горных пород под действием повышенных температур и давлений. При этом возможно перекристаллизация минералов, изменение строения и даже изменение химического состава.

Основные характеристики горных пород приведены в таблицах 7..9

Правильный выбор области применения природных каменных материалов в строительстве основывается на подробных сведениях о составе, структуре, строении и основных свойствах исходных горных пород, которые зависят от условий их образования. Особо значение следует уделять долговечности горных пород (таблица 10)

Таблица 10– Классификация горных пород по долговечности

Группа	Горные породы	Появление признаков разрушения, лет
Весьма долговечные	Кварцит, мелкозернистый гранит	500-650
Долговечные	Крупнозернистый гранит, сиенит, габбро, лабрадорит	200-250
Относительно долговечные	Белый мрамор, плотный известняк, плотный песчаник	100-150
Недолговечные	Цветной мрамор, известняк, гипс	25-75

Цель работы

Исследовать основные свойства природных каменных материалов и изучить их зависимость от условий образования, состава, структуры и состояния исходных горных пород. Определить области применения изучаемых горных пород в строительстве.

Порядок выполнения работы

Для решения задач исследования, поставленных в работе, каждое звено студентов проводит следующие испытания:

− определяет истинную плотность горной породы пикнометрическим методом;

− определяет среднюю плотность горной породы;

− рассчитывает пористость горной породы;

− определяет водопоглощение горной породы.

В качестве объектов исследований рекомендуется выдача образцов горных пород, принадлежащих к различным генетическим группам.

Таблица 7− Основные характеристики магматических горных пород

SiO2 , % *	Интрузивные породы	Эффузивные породы	Минералы	Плотность, г/см2	Предел прочности при сжатии, МПа
Кислые, > 65	Граниты	Кварцевый порфир, липарит	Кварц, полевой шпат, слюда	2,6…2,7	100…250
Средние, 50…65	Сиениты	Бескварцевый порфир, трахит	Полевой шпат, слюда, темноокрашенные	2,6…2,8	120…250
	Диориты	Андезит, базальт, порфирит	Полевой шпат, темноокрашенные	2,8…3,0	150…300
Основные, 40…50	Габбро, лабрадор	Диабаз, базальт	Полевой шпат, темноокрашенные	2,9…3,3	200…500
Ультраосновные, < 40	Дуниты, передотиты, пироксениты	**	Оливин, пироксен, авгит, руды	3,2…4,4	250…650

* − увеличение количества SiO₂ влечет увеличение плотности, прочности и потемнение цвета

** − аналоги неизвестны

Таблица 8 − Основные характеристики осадочных горных пород

Подгруппа по генезису	Название	Главные породообразующие минералы	Структура	Средняя плотность, г/см3	R сж, МПа	Пористость, %
Механические рыхлые	песок кварцевый	кварц	рыхлые скопления кристаллических зерен кварца	1,55-1,60	−	−
	гравий	-	рыхлые скопления частиц горной породы	1,45-1,55	−	−
	глина	каолинит	рыхлые скопления глинистых минералов	2,55-2,60	−	−
Механические сцементированные	песчаник	кварц	зерна кварца, сцементированные природным цементом	2,30-2,60	До 300	0,2-2,5
Химические осадки	известняк плотный	кальцит	тонкозернистая, плотная	1,70-2,60	До 100	Менее 30
	мергель	кальцит, каолинит	тонкозернистая	1,80-2,20	−	То же
	гипс	гипс	пластинчатая, волокнистая, зернистая	2,30	До 50	−
Органогенные отложения	известняк-ракушечник	кальцит	тонкозернистая пористая	0,90-2,00	2-12	6-40
	диатомит, трепел	Опал	Слабосцементированная, высокодисперсная	0,35-0,95	−	−

Таблица 9 − Основные характеристики метаморфических горных пород

Название	Главные породообразующие минералы	Структура	Средняя плотность, г/см3	R сж, МПа	Пористость, %
Мрамор	кальцит, доломит	кристаллическая зернистая	2,60-2,80	120-300	0,1-0,7
Кварцит	кварц	То же	2,50-2,70	250-400	Менее 0,2
Гнейс	полевой шпат, кварц, слюда	кристаллическая зернистая, сланцевая	2,60-2,80	100-280	0,1-1,0
Глинистые сланцы	каолинит, слюда	То же	2,40-2,70	До 200	Менее 30

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ