Генетическая классификация горных пород. Влияние условий образования на структуру и свойства горных пород.

Горные породы представляют собой скопления одного или нескольких минералов. Минералом называют тело, однородное по химическому составу и физическим свойствам, возникшее в результате физико-химических процессов, протекающих в земной коре. Группы минералов: 1.Группа кремнезема (кварц, опал, халцедон). 2.Группа железомагнезиальных (пироксены, амфиболы, роговая обманка). 3.Группа карбонатов (кальцит, доломит, магнезит). 4.Группа сульфатов (гипс, ангидрит). 5.Группа глинистых минералов (каолинит, гидрослюды, монтмориллонит). 6.Группа алюмосиликатов (слюда, полевые шпаты). Группы горных пород по происхождению Изверженные, или магматические 1. Массивные: а) глубинные — гранит, сиенит, диорит, габбро: б) излившиеся — порфиры, базальт, диабаз, трахит, андезит 2. Обломочные: а) рыхлые — вулканическийпепел, вулканический песок, пемзы; б) цементированные — вулканические туфы, трассы. Осадочные (седиментарные) 1.Химические: известняк, доломит, магнезит, гипс, ангидрит 2. Обломочные: а) рыхлые — гравий, природный щебень, песок, глина; б) цементированные - песчаник, конгломерат, брекчия 3.Органогенные: плотный известняк, известняк-ракушечник, диатомит, трепел 3.Видоизмененные, или метаморфические 1.Изверженные (гнейс) 2.Осадочные (сланцы, мрамор, кварцит). Свойства горных пород зависят от степени кристаллизации, размеров зерен, взаимного расположения составных частей породы, от плотности породы, которые определяются условиями образования. Магматические породы образовались в процессе кристаллизации сложного природного расплава-магмы. Осадочные возникли в поверхностных условиях из продуктов разрушения любых других горных пород. Метаморфические являются продуктом перекристаллизации и приспособления пород к изменившимся в пределах земной коры физико-химическим условиям. По плотности: тяжелые — более 1800 кг/м³; легкие — менее 1800 кг/м³.По пределу прочности при сжатии (МПа) на марки: для тяжелых — от 10 до 100; для легких — от 0, 4 до 20. По морозостойкости на марки: F15-500 (тяжелые)F10-25 (легкие). По степени обработки различают: грубообработанные (бутовый камень, щебень, гравий, песок); профилированные (пиленые штучные камни и блоки для стен; камни, плиты и профильные изделия для облицовки зданий и сооружений).

2. 2) Магматические горные породы: механизмы образования, особенности строения, минеральный состав, свойства, применение в строительстве.

Главной составляющейизверженых пород является кремнезем (SiO₂). Образование магматических пород связано с проблемами происхождения земли и строения Земли. Магматические горные породы в зависимости от условий происхождения делятся на Массивные: 1.Глубинные – это породы, образовавшиеся при застывании магмы на разной глубине в земной коре (гранит, сиенит, габбро, диорит). 2.Излившиеся породы образовались при излиянии магмы из глубин и затвердении на поверхности (порфиры, трахит, андезит, диабаз, базальт). Обломочные породы образовались при быстром охлаждениилавы: 1 .рыхлые (вулканический пепел, вулканический песок, пемза ) 2.цементированные (вулканические туфы). Глубинные горные породы образуются при медленном остывании магмы в глубинных породах, следствием является ряд общих свойств: малая пористость, большая плотность (2600-3000 кг/м³), высокая прочность (при сжатии 100-300 МПа), низкоеводопоглощение (меньше 1% по объему), морозостойкость. Обработка таких пород из-за высокой прочности затруднительна, но благодаря высокой плотности хорошо полируются и шлифуются. Граниты обладают благоприятным для строительного камня минеральным составом, отличающимся высоким содержанием кварца(25-30 %), натриево- калиевых шпатов(35-40%) и плагиоклоза (25-30%). Прочность при сжатии (120-250 МПа), малая пористость (меньше 1, 5%). Благодаря высокой кислотостойкости, граниты применяют в качестве кислотоупорной облицовки. Из всех изверженных пород граниты наиболее широко используют в строительстве, так как они являются самыми распространенными. Излившиеся горные породы: Порфиры по своему минеральному составу близки к гранитам, а также сходны по прочности, пористости, водопоглощению. Трахиты по своему минеральному составу схожи с сиенитами, но более пористы, предел прочности при сжатии (60-70 МПа), легко обрабатываются, но не полируются. Андезиты желтовато-серого цвета, содержит плагиоклазы, роговую обманку, пористая структура, плотность (2700-3100 кг/м³), предел прочности при сжатии (140-250 МПа). Диабазы – порода мелкозернистая, имеют черный цвет, отличаются высокой твердостью, прочностью(300-400 МПа) и вязкостью. Обломочные горные породы: Пемза представляет собой пористое вулканическое стекло, цвет белый или серый, пористость до 60%, Твердость около 6, истинная плотность 300-900 кг/м³. Вулканический пепел – мелкие частицы лавы размером до 2мм, является активной минеральной добавкой. Вулканические туфы – горные породы, образовавшиеся из твердых продуктов вулканических извержений, истинная плотность 2600 кг/м³, пористость 40-70%, малая теплопроводность, прочность от5 до 15 МПа.

3. 3) Породообразующие минералы магматических горных пород: химический состав, свойства.

Основными породообразующими минералами магматических горных пород являются: кварц и его разновидности; полевые шпаты; железисто-магнезиальные силикаты. Кварц состоит из кремнезема(диоксида кремния SiO₂) – обычно прозрачен, белого молочного цвета, блеск жирный, спайность отсутствует, излом раковистый, твердость 7, плотность 2, 6 г/см3. Выветривается слабо, прочность при сжатии 2000 МПа, химически устойчив, t пл. = 1723 град. Полевые шпаты - распространенные минералы в магматических породах. Главными разновидностями полевых шпатов являются ортоклаз и плагиоклаз. Ортоклазы K₂O*Al₂O₃*6SiO₂ – прямо-раскалывающийся, твердость: 6-6, 5; плотность: 2, 57 г/см³ плавится при 1170 ⁰ С. Плагиоклазы: -косо-раскалывающиеся например: альбит Na₂O*Al₂O₃*6SiO₂. У полевых шпатов плотность 2, 5 – 2, 7, температура плавления = 1200-1600 град, предел прочности при сжатии = 120-170 МПа, при выветривании из полевых шпатов получается группа алюмосиликатов (глина). Группа алюмосиликатов (слюда, полевые шпаты): Слюды -минералы с совершенной спайностью в одном направлении, способны расщепляться на тончайшие упругие пластинки. По химическому составу они представляют собой водные алюмосиликаты сложного состава. Наиболее часто в составе горных пород присутствуют две разновидности слюды — мусковит (светлая алюминиевая слюда) и биотит (железисто-магнезиальная слюда темного цвета). Плотность слюд 2760-3200 кг/м³, твердость 2...3, стойкость биотита меньше, чем мусковита. Присутствие слюд в горных породах понижает прочность и стойкость породы, затрудняет ее шлифовку и полировку. Группа железомагнезиальных (пироксены, амфиболы, роговая обманка): Амфиболы группа минералов подкласса ленточных силикатов. Общая формула: R7[Si₄O₁₁]₂(OH)₂, где R= Ca, Mg, Fe. Амфиболы имеют вытянутый облик кристаллов, совершенную спайность. Роговая обманка -Ca₂(Mg, Fe, Al)₅(Al, Si)₈O₂₂(OH)₂ сложный алюмосиликат кальция, цвет чёрный или тёмно-зелёный, имеет плотность 3000...3400 кг/м3, твердость 5-6. 3. Это темноокрашенные минералы силикаты магния, железа, кальция. Группы: пироксены, амфиболы, роговая обманка, прочность при сжатии 300-400, высокая стойкость к выветриванию.

4. 4) Осадочные горные породы: условия образования, минеральный состав, свойства, применение в строительстве.

Осадочные ГП образуются в результате естественного процесса разрушения первичных (магматических) горных пород под влиянием различных факторов, действующих в природе: механическое, химическое влияние внешней среды; выветривание – деятельность воды, ветра, микроорганизмов, замораживания и оттаивания. Осадочные породы в зависимости от условий их образования делятся на: химические (известковые туфы, гипс, органогенные породы: мел, известняк, диатомит), сцементированные (песчаники, конгломераты), обломочные (гравий, глины, пески). 1.Пески 0, 14-0, 5 мм. По мин. составу: кварцевые, полевошпатные, известковые, туфовые. По условиям залегания: морские, горные, речные, овражные. Применение: стекольная, фарфоровая промышленность, производство стекла, силикатного кирпича, заполнитель бетонов и растворов. 2.Гравий и щебень: 5-70 мм, природный и искусственный, получают из гранита, сиенита, применяют: заполнитель бетонов, посыпка дорожки. 3.Валуны – крупные обломки ледникового происхождения, размер100-1000мм прим: получение булыжного камня и щебня. 4.Доломит – плотный известняк. Применение: производство огнеупоров. Органогенные – в результате отложения и цементирования продуктов жизнедеятельности и останков животных и растений. Мел – раковины; побелки, приготовления шпаклевок, замазок, вяжущих в-в; производство стекла. 4.Ракушечник- раковины + природный цемент.Плотность=0, 6-1, 5 г/см³ . Повышенная пористость, водопоглощение, воздухопроницаемость. Прим: устройство стен, но требуется оштукатуривание, фундаменты, цоколи зданий. 5.Диатомит – из морских водорослей белого цвета, реже серый, желтоватый. r₀=0, 3-1 г/см³ П=70-80% l=0, 17-0, 23 6.Трепел – изоляционный материал, активная минеральная добавка.

5. 5) Породообразующие минералы осадочных горных пород: химический состав, свойства.

Группа кремнезема. Наиболее распространенные минералы этой группы - кварц, опал, халцедон. Кварц — диоксид кремния (SiO₂) в кристаллической форме. Плотность - около 2650 кг/м3, Твердость - 7, Прочность при сжатии - до 2000 МПа. Кварц имеет различную окраску (бесцветную, желтую, молочную) и стеклянный блеск. При обычной температуре кварц не взаимодействует с кислотами и щелочами. Плавится кварц при 1710°С и при быстром охлаждении расплава дает кварцевое стекло. Опал (SiO₂-nH₂O) содержание воды от 2 до 14%, менее плотен (1900 –2500 кг/м3), чем кварц. Обладает повышенной внутренней микропористостью и высокодисперсной структурой, твердость 5-6, хрупкий, цвет зависит от наличия примесей. Халцедон (SiO₂) является волокнистой разновидностью кварца. Цвет белый, серый, бурый, зеленый, плотность 2600кг/м³, твердость 6. Группа карбонатов (кальцит, доломит, магнезит): Кальцит (СаСО3) имеет плотность 2700 кг/м3, твердость 3. Кальцит растворяется в кислотах, в обычной воде - мало. Это распространенный минерал, слагающий различные виды известняков. Окраска белая, серая, иногда он прозрачен. Магнезит (MgCO3) имеет плотность 2900-3100 кг/м3, твердость 3, 5-4, 5. Он распространен меньше кальцита и образует породу того же названия, бесцветный, белый или серый, имеет высокую огнеупорность и вяжущие свойства. Доломит (CaCO3-MgCO3) по физическим свойствам близок к кальциту, но более тверд - 3, 5...4, плотность 2900 кг/м3. Цвет доломита от белого до темно-серого. Группа глинистых минералов (каолинит, гидрослюды, монтмориллонит). Глинистые минералы играют важную роль в составе осадочных пород. Они слагают глины, и могут находиться в качестве примеси, изменяя физико-химические свойства. Каолинит (Аl₂О₃*2SiO₂*2H₂О) — водный силикат алюминия, образуется при выветривании полевых шпатов и слюд. Цвет каолинита без примесей — белый, плотность – 2600 кг/м3, твердость -1. Каолинит и другие водные алюмосиликаты являются основными в глинах, они часто встречаются в виде примесей в известняках, песчаниках, гипсовых и других осадочных породах. Наличие этих примесей понижает водо- и морозостойкость пород. Гидрослюды образуются при разложении слюд и других силикатов, используют в строительстве как пористые заполнители. Монтмориллони т образуется в условиях щелочной среды и выветривании, слагает различные виды глин, служит цементирующим материалом в песчаниках. Примеси глинистых минералов резко понижает водостойкость и морозостойкость. Группа сульфатов (гипс, ангидрит): Гипс (CaSO4-2H2O) — минерал кристаллического строения, его кристаллы имеют зернистое, пластинчатое, игольчатое, волокнистое строение. Он белого цвета. Плотность гипса 2300 кг/м3, твердость 2, сравнительно легко растворяется в воде, используют в производстве вяжущих веществ. Ангидрит (CaSO4) - безводная разновидность гипса. Плотность ангидрита 2900-3000 кг/м3, твердость З...3, 5. Иногда применяют как облицовочный материал для внутренних отделок зданий.

6. 6) Метаморфические горные породы: условия образования, особенности строения, минеральный состав, свойства, применение в строительстве.

Видоизмененные ГП – образовались превращением горных пород в земной коре под действием высоких температур, давления и подвижки земной коры. Главные породообразующие минералы: полевые шпаты, кварц, слюда, роговая обманка, кальцит, доломит. Основные разновидности метаморфических горных пород: 1.Гнейс – состав как у гранита (кварц 20%, ортоклаз 40-70%, слюда 5-15%) Структура – зернисто-кристаллическая. Сланцеватость понижает прочность и морозостойкость. Прим: бутовый камень, облицовочный материал, фундамент. 2.Кварцит – мелкозернистые кварцевые песчаники, песчинки не видны. Кварциты содержат 95-99% SiO₂. Сцепление кварца из-за температуры и давления. Прочность на сжатие = до 1000 Мпа. Высокая морозоустойчивость, малая истираемость, высокая огнеупорность, атмосферостойкость. Прим: подферменные камни в мостах, облицовка гидротехнич. сооруж., сырье д/производства огнеупоров. 3.Мрамор крупнозернистая плотная карбонатная порода, состоит из плотного известняка, в основе кальцит (карбонат кальция), отсутствует цемент (спайка из-за температуры и давления) Горная порода – т.к. однороден. Прочность на сжатие = 100-300 МПа, но легко поддается обработке. Плотность до 2, 9 г/см³ «+» хорошо обрабатывается, пилится, полируется. «-» истираемость, низкая атмосферостойкость и химическая устойчивость, не переносит резких перепадов температур. 4.Сланцы – имеют мелкозернистое строение. Полнокристаллическая структура. Хорошо колется. Прим: кровельный материал Состав: кварц, полевые шпаты, слюды, глина. Плотность 2700-2800 кг/м³, пористость до3%, прочность 50-240 МПа.