ЛЕКЦИЯ № 2

горных пород
ЛЕКЦИЯ № 2

2. Генетическая классификация горных пород.

3. Связь условий образования, состава,

структуры и свойств горных пород.

Их используют как сырье для изготовления керамики, стекла, металла, тепло-

гидроизоляционных и других материалов, а также для производства неорганических вяжущих веществ – цемента, извести и строительного гипса, в качестве заполнителей для бетонов и растворов.

Другим важным сырьевым источником являются техногенные вторичные ресурсы (отходы промышленности). Пока они используются недостаточно. Но по мере истощения природных ресурсов, повышения требований к охране окружающей среды и разработки новых эффективных технологий техногенное сырье будет применяться значительно шире.

Горная порода – это природный минеральный агрегат более или менее определенного состава и строения, являющийся продуктом геологических процессов и образующий в земной коре самостоятельные тела

Минералы – это природные физически и химически однородные тела, возникающие в земной коре в результате физико-химических процессов. Каждый минерал имеет определенный состав.

генетические группы:
- магматические
- метаморфические
-

осадочные

Магматическими (первичные) называют горные породы, образовавшиеся при застывании магмы на разной глубине в земной коре.
Бывают:
глубинные (интрузивные) –граниты, сиениты, диориты, габброиды, перидотиты;
излившиеся (эффузивные)– порфиры, андезиты, базальты, диабазы, пемза, вулканические пепел и туф)

К породообразующим минералам магматических пород относятся кварц, полевые шпаты – ортоклаз, плагиоклаз, железисто-магнезиальные силикаты, алюмосиликаты

Магматические горные породы обладают высокой прочностью, стойкостью, способностью к полировке и шлифовке

разрушения первичных и других пород под влиянием механического, физического и

химического воздействия внешней среды. Осадочные горные породы — залегают в верхних слоях земной коры, где их объем составляет 70 . . . 80 %.

В зависимости от условий образования делятся на 3 основные группы:
- обломочные или механические осадки (гравий, глины, пески)
- химические осадки (гипс и известняковые туфы)
- органогенные породы (скелеты губок, кораллов, раковины и панцири ракообразных, также мел, доломиты, известняки)

Главные породообразующие минералы:
- группа кремнезема – опал, халцедон и осадочный кварц,
- группа карбонатов – кальцит, доломит, магнезит,
- группа глинистых минералов – каолинит, монтмориллонит,
- группа сульфатов – гипс, ангидрит

Структура осадочной породы определяется размером и формой минеральных компонентов, главная особенность строения осадочных пород – их слоистость.
Неслоистые породы имеют беспорядочную текстуру, которая характерна для песков и грубообломочных пород

первичных и вторичных пород, связанного со сложными физико-химическими процессами в

земной коре , т.е. под влиянием высоких температур и давлений (кристаллические сланцы, гнейсы, кварциты, мрамор)

Главные породообразующие минералы метаморфических пород –
1. минералы, распространенные и в магматических породах – полевые шпаты, кварц, слюда, роговая обманка, пироксены, оливин
2. типичные для осадочных пород минералы – кальцит, доломит
3. минералы, которые могут находиться в магматических породах в качестве вторичных – серпентин

мономинеральными (природный гипс, доломит и др.); породы, состоящие из нескольких

минералов, называют полиминеральными (гранит и др.). Условия образования горных пород предопределяют их состав, строение, характер залегания, а следовательно, и свойства. Петрографические характеристики горных пород. При изучении горных пород наряду с их физическими, механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами следует рассматривать их важнейшие петрографические характеристики, к которым относятся цвет, структура и текстура. Цвет горных пород обусловлен цветом минералов и примесей, преобладающих в составе породы. В свою очередь, цвет минералов обусловлен их химическим составом. Так, белые мраморы состоят в основном из кальцита и доломита, которые в агрегатах имеют белый цвет. Серые тона мраморов определяются присутствием углистых или других органических частиц, розовые — солей марганца или окисного железа. Цвет изверженных пород определяется окраской минералов — кварца, полевых шпатов и темноцветных компонентов. Цвет является важным признаком и имеет решающее значение при оценке декоративности горной породы.

соотношениями образующих ее минералов. Структуры бывают кристаллические (и зернисто-кристаллические) ,

порфировые, скрытокристаллические, оолитовые и т.д. Породы с кристаллической структурой состоят из полных по форме кристаллов или неполных кристаллов, называемых кристаллическими зернами (в этом случае структура зернисто-кристаллическая). Кристаллическую структуру имеют кварциты, мраморы, зернисто-кристаллическую - граниты. В породах с порфировой структурой отдельные кристаллы различных размеров соединены между собой значительным количеством плотного, тонкозернистого или стекловатого вещества (например, у порфиров). Породы со скрытокристаллической структурой отличаются большой прочностью и долговечностью. Такую структуру имеют базальты. Оолитовая структура встречается у осадочных пород, сохранивших в своем составе остатки мелких организмов — раковины, скелеты (известняки-ракушечники) . Структура играет существенную роль в формировании декоративных свойств облицовочного камня и, кроме того, влияет на его обрабатываемость.

пор и микротрещин.

Текстура может быть: плотная, полосчатая, сланцевая, пористая,

ячеистая и др.

Породы с плотной текстурой более прочны и устойчивы, они лучше полируются, чем пористые разновидности.
С увеличением пористости (ноздреватости, ячеистости) понижается прочность и стойкость против ныветривания.

Сланцеватые и тонкослоистые породы анизотропны, они сравнительно менее погодоустойчивы, а при ударах обладают тенденцией раскалываться по направлению сланцеватости.

строения, основные свойства, а следовательно, и область применения горных пород

как в строительстве, так и в промышленности строительных материалов.

Глубинные горные породы (магматические) характеризуются высокой плотностью, морозостойкостью и малым во до поглощением. Основные виды глубинных горных пород — граниты, сиениты, габбро, лабрадориты.

Цвет гранитов зависит от основной составной части — ортоклаза, а

также от цвета других минералов. Они бывают светло-серые, серые, розоватые и темно-красные. Структура гранитов зернисто-кристаллическая. Плотность в среднем 2700 кг/м 3, пористость всего 0,5 ... 1,5 %, предел прочности при сжатии 100 .. . 250 МПа. Граниты характеризуются высокой морозостойкостью и малым водопоглощением, большим сопротивлением выветриванию, хорошо обтесываются, шлифуются и полируются, однако отличаются хрупкостью и невысокой огнестойкостью. Граниты применяют для облицовки зданий и сооружений, из них и изготовляют бортовые камни, ступени и другие изделия, а также
щебень для высокопрочного бетона.
Месторождения гранитов имеются в
Карелии, на Украине, Урале, в Закавказье и в нашей стране.

небольшим содержанием его) и преобладанием щелочного полевого шпата. Сиениты, содержащие

заметное количество к иарца, являются переходными породами между сиенитами и гранитами. Структура сиенитов обычно равномерно кристаллическая, но встречаются и порфировидные разности. Окраска сиенитов чаще бывает серая, красноватая, темно-зеленоватая. Плотность их 2600 . . . 2800 кг/м3, пористость и водонасыщение у них незначительны. Предел прочности при сжатии 120 ... 150 МПа. По сравнению с гранитами они несколько мягче, лучше полируются и более вязки. Применение сиенитов то же, что и гранитов.

Месторождения. Украина (Волынская область), Урал, Казахстан, Кавказ, Средняя Азия, США, Канада, Германия, Норвегия и др. Сиенитами сложены знаменитые Красноярские столбы.

обманки. Цвет диоритов от темного-зеленого до черного, плотность 2700 .

. . 2900 кг/м3, предел прочности при сжатии 150... 300 МПа. Диориты характеризуются высокой вязкостью, хорошей сопротивляемостью удару и истиранию, а также стойкостью против выветривания. Они хорошо поддаются полировке. Применяют диориты для дорожных покрытий и облицовок. Месторождения:
Северная Америка (Кордильеры). Распространен в Великобритании, Центральной Азии (Казахстан), России (Урал, например Сангалыкское месторождение диорита, Чёрная сопка), и в других районах мира.

из полевого шпата (плагиоклаза) и темноокрашенных минералов (авгита и оливина).

Цвет габбро темно-серый, черный или темно-зеленый с оттенками, плотность 2800 . . . 3100 кг/м3, предел прочности при сжатии 200 . . . 350 МПа. Габбро имеет высокие вязкость и стойкость против выветривания. Изделия из габбро применяют в дорожном строительстве.

Месторождения. Распространены в различных районах Великобритании, в Северной Америке (в горах Адирондак) и вдоль побережья п-ова Лабрадор (Канада), в ЮАР, Франции, Шотландии (Великобритания) и др.; крупные массивы габбро известны на Урале, Украине, Кольском полуострове, в Закавказье и др.

минерала Лабрадора. Особенно ценны те лабрадориты, которые при полировке дают

декоративные поверхности с переливами синего, зеленого, золотистого и других цветов. Применяется как высококачественный облицовочный камень в основном в монументальной архитектуре, хотя некоторые образцы с яркой голубой и зелёной иризацией используются как декоративно-поделочные камни. Лабрадориты применяют в качестве декоративного облицовочного камня (Мавзолей В.И. Ленина и др.) .

Месторождения
Один из наиболее распространенных минералов группы плагиоклазов, встречается в изверженных породах основного состава (анортозитах, габбро и др.). Распространен в горах Адирондак (США, шт. Нью-Йорк) и Уичито (США, шт. Оклахома). Крупные массивы лабрадорита имеются в Канаде (п-ов Лабрадор), Финляндии, на Украине.

промышленности строительных материалов, являются диабазы, порфиры, базальт. Плотность, прочность и

другие свойства этих пород колеблются в широких пределах. Диабазы - древние излившиеся породы (аналог габбро), иногда обладающие порфировой структурой. Имеют цвет от темно-серого до черного, иногда с зеленоватым оттенком. Диабазы отличаются большой вязкостью и малой истираемостью. Плотность пород составляет 2800 . 3000 кг/м3; предел прочности при сжатии около 250 МПа (у отдельных разновидностей он достигает 400 МПа). Обработка диабазов затруднена ввиду их вязкости.
 
Область использования диабазов в строительстве - архитектурно-строительные изделия для наружной облицовки зданий; для мощения улиц (камни бортовые и брусчатка) и при производстве литых каменных изделий, для получения щебня. Высокая кислотостойкость позволяет применять эти породы в качестве материала для кислотоупорной футеровки

е. наличием "вкрапленников" в основной мелкозернистой массе. Цвет порфиров от

красно-бурого до серого с разнообразными оттенками, плотность 2400 .. . 2500 кг/м3, предел прочности при сжатии 120 . . . 220 МПа.
Эта порода использовалась ещё в Древнем Риме для изготовления статуй цезарей и предметов роскоши. Изделия из порфира стали популярны со времён Клеопатры, которой принадлежало единственное в те времена разработанное месторождение порфира. Позднее порфир применялся в Европе даже в качестве булыжника для мощения улиц.
Порфиры применяют в дорожном строительстве и для изготовления облицовочных плит.
Месторождения порфиров имеются в Крыму, на Кавказе, Урале и в других местах.

аналогами габбро. Они представляют собой черную плотную застывшую лаву, находящуюся

в скрытокристаллическом или аморфном состоянии с зернистым строением и стекловатой массой, заполняющей промежутки между зернами различных размеров. Они являются твердыми и одновременно хрупкими труднообрабатываемыми породами. Предел прочности при сжатии у базальтов достигает 500 МПа, однако в связи с содержанием стекловатой массы может снижаться до 400 МПа; плотность их составляет 3000 . . . 3300 кг/м3. Наиболее ценными считаются свежие мелкозернистые базальты, не содержащие стекла.
Базальты являются хорошими кислотоупорными материалами и высоко ценятся как сырье для каменного литья.
Литой камень базальтин используется для получения отделочных изделий, труб, химической аппаратуры, отличающихся кислотоупорностью, высокой прочностью (до 800 МПа) и долговечностью.
Базальты добывают в Карелии, на Украине, Кавказе, Урале, в Забайкалье и других районах страны.

структуры, с плотной основной массой. Андезиты содержат плагиоклазы, роговую обманку,

некоторые пироксены и биотит. Структура может быть неполнокристаллическая или стекловатая, текстура - массивная или пористая. Физико-механические свойства сходны со свойствами базальтов. Плотность андезитов около 2900 кг/м3, предел прочности при сжатии - 150 . .. 250 МПа. Андезиты применяют как кислотоупорный материал, а в строительстве - для изготовления цоколей, ступеней, реже облицовочных плит. Месторождения: Армения, Курильские острова, Украина, Грузия, Камчатка, Кавказ, Средняя Азия, Приморье и др.

но более пористы. Поэтому предел прочности при сжатии трахитов невысок

(60 . . . 70 МПа), а морозостойкость ниже, чем у сиенитов. Трахиты легко обрабатываются и используются в качестве строительного камня.

Месторождения
Белоруссия, Чехия, Франция, Северная Италия, Армения, Кавказ и др.

Практическое значение
Красиво окрашенный трахит является декоративным и поделочным камнем.
Диагностика. Макроскопически очень похожи на липариты, но отличаются от них по отсутствию порфировых выделений кварца. Имеют шероховатый излом.

серый, светло-желтый, а иногда и красноватый. Структypa липаритов часто микропорфировая

с повышенным содержанием стекловатой фазы. Наряду с плотными встречаются пористые его разновидности. Они используются для получения высококачественного изделия. В качестве примера обломочных магматических рыхлых пород можно назвать вулканические пеплы и пемзы, а цементированных пород - вулканические туфы. Вулканические пеплы представляют собой порошкообразные частицы вулканической лавы, состоящие в основном из аморфного кремнезема. Частицы крупностью до 5 мм называют вулканическим песком. Вулканические пепел и песок применяют в качестве активной добавки к цементам.

застывшую иену. Плотность их 400 . . . 800 кг/м3,

предел прочности при сжатии 2 ... 4 МПа. Большая пористость пемзы обусловлювает хорошие теплоизоляционные свойства, а замкнутость большинства пор — достаточную морозостойкость. Пемза служит заполнителем в легких бетонах. Наличие в пемзе активного кремнезема позволяет использовать ее в виде гидравлической добавки к цементам и извести. Вулканические пеплы, пемзы и другие пористые вулканические породы встречаются в Закавказье (Армения), на Северном Кавказе, Камчатке и в других районах.

Вулканические туфы — пористые горные породы, состоящие из вулканического пепла, уплотненного и сцементированного. Туфы имеют разнообразную окраску: розовую, оранжевую, красную, коричневую и др. Они характеризуются значительной пористостью, малыми плотностью и теплопроводностью, достаточными прочностью и долговечностью, хорошо обрабатываются. Эти качества туфов позволяют успешно применять их для облицовки стен зданий; отходы добычи и обработки туфов после дробления и фракционирования используют в качестве заполнителей легких бетонов. Залежи вулканических туфов имеются в Армении, Грузии и на Дальнем Востоке.

одноименного минерала (СаС03 * MgC03), обычно имеют серовато-желтый цвет. Структура

их зернистая, плотная. По свойствам доломиты близки к плотным известнякам, хотя их механическая прочность несколько выше, чем у последних. Средняя плотность доломитов 2200 . . . 2700 кг/м3, предел прочности при сжатии 40 . . . 200 МПа. Доломиты легко обрабатываются режущим и скалывающим инструментами.
Месторождения доломита имеются на Украине и в других районах.

Магнезиты — горные породы кристаллического, а иногда аморфного строения, состоят в основном из минерала магнезита (MgC03). Иногда содержат примеси углекислого кальция и железа. Цвет их белый, желтоватый до бурого. Магнезиты применяют для изготовления огнеупорных изделий, а также в качестве сырья для производства минерального вяжущего — каустического магнезита.

из минерала того же названия (CaS04 *2Н20). Гипсовый камень имеет

плотность 2000 . . . 2300 кг/м , предел прочности при сжатии около 50 МПа и невысокую стойкость. Гипс используют главным образом для изготовления гипсовых вяжущих веществ и в качестве добавки при производстве портландцемента,

Ангидрит — состоит в основном из минерала ангидрита (CaS04). По внешнему виду мало отличается от гипса, цвет голубовато-белый до серого с разными оттенками. Ангидрит применяют для получения гипсовых вяжущих веществ.
Месторождения гипса имеются в Тульском и Горьковской областях, па Северном Кавказе, Урале, на Украине п др.

и их обломков, сцементированных известняковым вяжущим. Мел — легкая и

рыхлая горная порода органогенного происхождения, образовавшаяся в результате отмирания и отложения скелетов фораминифер и радиолярий. По химическому составу мел представляет собой почти чистый карбонат кальция с незначительным количеством примесей в виде глин, кремнезема, карбоната магния и др. Доломитами называют горные породы, состоящие преимущественного из минерала доломита. Макроскопически они похожи на известняки. При выветривании доломиты покрываются рыхлым желтовато-серым налетом (доломитовой мукой). Плотные доломиты имеют среднюю плотность 2600 .. . 2900 кг/м3 и предел прочности при сжатии 50 .. . 150 МПа.
Мергели — горная порода, состоящая из смеси карбоната кальция и глинистых частиц. Содержание СаС03 колеблется от 25 до 75 %.
Диатомит и трепел представляют собой легкие рыхлые горные породы, состоящие в основном из аморфного кремнезема в виде панцирей диатомовых водорослей или скелетов окаменелых организмов. Цвет этих горных пород белый, желтый и черный, плотность 400 ... 1200 кг/м3.
 
Опока - каменистая осадочная, богатая кремнеземом горная порода белого, но чаще светло-желтого, зеленоватого цвета. В качестве примесей в опоках чаще всего встречаются кремнезем и глинистые частицы.

известняков и доломитов под воздействием высоких температур и давлений.
Кварциты

являются метаморфической разновидностью кремнистых песчаников. Цвет их белый, красный и темно-вишневый.
Гнейсы по минералогическому составу сходны с гранитами, из которых они образовались, но отличаются от них сланцеватым строением.

Сланцы — плотные и твердые породы сланцеватого строения,
образовавшиеся главным образом из глин, сильно уплотнившихся и
частично перекристаллизовавшихся под большим односторонним давлением.

материалы очень прочны, долговечны, огнестойки, изготавливаются из местного сырья.

Благодаря положительным

эксплуатационным и эстетическим качествам широко применяются для облицовочных работ, устройства полов, дорожных покрытий.

Пористые каменные материалы применяются в конструкциях зданий в виде блоков. Отходы используются в качестве заполнителей для бетонов, при изготовлении искусственных каменных изделий на минеральном и органическом вяжущем

виды:
- грубообработанные (бутовый камень, валун, щебень, гравий, песок);
-

штучный камень и блоки правильной формы (для кладки стен);
- плиты с различно обработанной поверхностью (облицовочные для стен, чистого пола);
- профилированные детали (ступени, подоконники, пояски, наличники, капители колонн);
- изделия для дорожного строительства (бортовой камень, брусчатка, шашка для мощения)

и тяжелые (ρ1,8 г/см3)

По пределу прочности при сжатии образцов

в воздушно-сухом состоянии природные каменные материалы делят на марки (МПа): 0,4; 0,7; 1,5; 2,5; 3,5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 30; 40; 50; 60; 80 и 100.
Марки с 0,4 до 20 свойственны легким камням

По морозостойкости – 10; 15; 35; 100; 150; 200; 300 и 500

Водостойкость. Кр=0,6-0,8

пиленые и колотые

Используя ударную (рифленая, бороздчатая, точечная) и абразивную (пиленая,

шлифованная, лощеная-гладкая, зеркально-гладкая) обработку природному камню придают различную фактуру

Для обработки некоторых видов горных пород применяют термический метод, основанный на воздействии струи газа с высокой температурой

(материаловедение и технология). М.- : ИАСВ,

2004
2. Материаловедение в строительстве, под ред. И.А.Рыбьева –
М.: Издательский центр «Академия», 2006


Дополнительная литература:
1. Горчаков Г.И. Баженов Ю.М. Строительные материалы: - М.:
Стройиздат,1986