Основные метаморфические породы

Из числа метаморфических пород в строительстве применяют мраморы кварцит, гнейсы, глинистые сланцы

Эта группа пород образовалась под влиянием метаморфизма, под которым понимают преобразование горных пород, происходящее в недрах земной коры под влиянием высоких температур и давлений. В этих условиях может происходить перекристаллизация минералов без их плавления. Главными факторами метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества - растворы, газы, под действием которых породы любого состава и генезиса (магматические, осадочные или уже ранее морфиризованные) подвергаются изменениям.

При формировании метаморфических пород велика роль направленного давления. При одностороннем давлении кристаллы деформируются в направлении, перпендикулярном направлению наибольшего давления, и видоизмененные породы приобретают сланцевое строение (гнейсы, глинистые сланцы и т.н.). Образуются специфические структуры с характерной закономерной ориентировкой минералов.

Мраморы - однородные массивные равномерно-зернистые кристаллические породы, образовавшиеся из известняков (реже доломитов) под действием высокой температуры и огромного многостороннего давления. Составлены они из прочно сросшихся между собой кристаллов кальцита (СаСО₃), иногда с примесью зерен доломита. При этом зерна в мраморе связаны непосредственным сцеплением кристаллов без цементирующего вещества (рис. 5а). В результате чего мрамор имеет высокую плотность и прочность; ρ_о= 2.6-2,8 т/м³, R_сж=120-300 МПа, низкое водопоглощение W=0,1-0,7% и относительно высокую прочность на истирание.

Цвет чистого мрамора - белый, но в зависимости от примесей может быть разным: красный и розовый (с примесями железистых соединений и марганца), серый и черный (с органическими примесями) и др. При неравномерном распределении примесей мраморы приобретают окраску с узорами и прожилками. Мрамор хорошо пилится на тонкие плиты и вследствие высокой плотности хорошо шлифуется и полируется.

Породы группы мраморов относятся к числу самых распространенных пород, используемых при изготовлении облицовочных плит. Мрамор образуется из известняка и других карбонатных пород под действием высоких температур и давления в результате регионального и контактного метаморфизма. Породы группы мраморов бывают полностью раскристаллизованы (собственно мраморы) или частично раскристаллизованы (мраморовидные известняки). По величине зерна различают мелко-, средне- и крупнозернистые разновидности. Наибольшей прочностью, износостойкостью и долговечностью обладают мелкозернистые разновидности. По однородности размеров зерен различают равномерно- и неравномернозернистую структуру; по характеру границ между зернами - мозаичную, зубчато-мозаичную и зубчатую структуру. Тесная взаимосвязь зерен обеспечивает долговечность и износостойкость пород (особенно зубчатая и зубчато-мозаичная структура). Текстура пород слоистая, массивная.

Мраморы используются для изготовления декоративных и облицовочных материалов для внутренней отделки зданий, архитектурных деталей, а также подоконных досок, лестничных ступеней, плит для пола, облицовки хаммамов и др. изделий. Однако мрамор не рекомендуется применять для наружной отделки зданий, так как под влиянием влаги, отрицательных температур, воздействием сернистого газа, содержащегося в воздухе промышленных городов, он выветривается, разрушается, теряет блеск полировки, цвет его изменяется. Внутреннее убранство турецких бань (хаммамов) всегда было роскошным. Хаммамы всегда считались на Востоке источником истинного наслаждения. Основной отличительной чертой хаммамов является особый температурный режим. Мрамор и мозаика - основной отделочный материал хаммама. Купол или сводчатый потолок всегда отделывают мрамором или мозаикой. Стены можно отделывать и мрамором и мозаикой, а горизонтальные поверхности скамей - всегда только мрамором. Пол в хаммаме делают мраморным или мозаичным, в зависимости от проекта заказчика. Мозаичные бордюры, художественные панно на стенах, в восточных нишах и на куполе, придают хаммаму потрясающий эффект тонкого восточного стиля.

Рис. 5. Строение метаморфических пород а) мрамор; б) кварцит; в) гнейс (сланцеватое строение)

По цвету мраморы делятся на белые и цветные (розовые, желтые, серые, голубые, зеленоватые, красноватые, черные, коричневые, а также различные сочетания этих цветов). Цветным мрамором свойственно наличие прожилок, представляющих собой трещины, заполненные природными цементами. Наиболее ценной разновидностью является чистый, белый статуарный мрамор, который используется для изготовления скульптур. Мраморные конгломераты, брекчии и конглобрекчии состоят из различных галек и кусков природного щебня, скрепленных известковым цементом; им свойственна пестрота цвета. В мраморном ониксе ценится просвечиваемость.

Породы группы мраморов прочны, достаточно износостойки, плотны, декоративны, хорошо обрабатываются и легко принимают полировку. Объемная масса колеблется от 2,3 до 2,6 т/м3, пористость от 0,6 до 3,3%, прочность на сжатие от 30 до 153 МПа, твердость по шкале Мооса от 3 до 4.

Мрамор поражает разнообразием цветов и оттенков. Классический белый мрамор, из которого была сделана статуя Венеры Милосской, или камень, переливающийся розовыми, желтыми, коричневыми и даже черными оттенками, может создать неповторимый интерьер и оживить привычный мир вещей. Наиболее ценное месторождение мрамора находится в Апуанских Альпах в Карраре. В России месторождений немного, их можно пересчитать по пальцам: Коелга, Першинское и Кибик Кордон. Для производства столешниц, украшения стен и пола часто используют мозаику из камня. Это может быть полированный мрамор в сочетании с искусственно состаренным камнем. Вид старого камня достигается путем обкатки кубиков мозаики в специальном барабане: камни трутся друг о друга, приобретая скругленные формы. Так как мрамор легкий, впитывающий материал, особое внимание следует уделить защите мрамора от химических реагентов, в частности соляной кислоты. Высокие температуры также могут испортить поверхность мрамора, поэтому любое термическое воздействие (будь то чашка горячего чая, поставленная на мраморный столик, или радиатор возле стены) губительно для мрамора. При попадании на поверхность абразивных частиц, например песка, мрамор будет исцарапан, но если вы истинный ценитель чистоты, смело покрывайте пол мраморными плитками. Кстати, при их укладке следует применять только специальные клеевые составы и штукатурки, так как обычный клей может оставить на мраморе пятна - впитанные солевые и красящие добавки. Для ухода за мрамором используют каменные пропитки или пчелиный воск, которые защитят мрамор от кислот и щелочей. Для придания блеска и улучшения цвета мраморной поверхности подойдут различные мастики. Стоимость мраморных плиток колеблется от 30 до 120 $/м².

Кварциты - метаморфическая порода, образовавшаяся в результате видоизменения кремнистых песчаников, представляющая собой сросшиеся зерна кварца с перекристаллизовавшимся цементирующим веществом, неотделимым от зерен кварца (рис. 5б).

Кварциты имеют мелко- и среднезернистую структуру, очень стойки против выветривания, Цвет от белого до темно-вишневого, что зависит от примесей. Плотность и прочность высокие: 2,7 т/м³ и 400 МПа. Из-за большой твердости (более 7) кварциты трудно обрабатываются. Применяют их в особо ответственных частях зданий и сооружений; для подферменных камней в мостах, облицовки, ступеней, деталей лестниц как бутовый камень и щебень, а также в качестве сырья в производстве огнеупорных (динасовых) изделий и бетона.

Гнейсы - это полнокристаллические плотные породы, образовавшиеся в результате перекристаллизации гранитов, гранодиоритов, кварцевых порфиров и некоторых других изверженных пород, при высокой температуре и большом одностороннем давлении, имеющие сланцеватое строение и кристаллы, вытянутые в одном направлении (рис. 5 в). Сланцеватое строение обусловливает их анизотропность, облегчает добычу и обработку гнейсов, по уменьшает их прочность на сжатие вдоль слоев и стойкость против выветривания, Цвет их может быть от белого до черного, Но свойствам они близки к гранитам и сиенитам, из которых образовались, ко менее морозостойки; В строительстве гнейсы используют в виде плит для облицовки каналов, набережных, мощения площадей и тротуаров, кладки фундаментов, а качестве щебня для дорожного строительства,

Глинистые сланцы - плотная и глинистая твердая порода сланцевого строения, образовавшаяся из глин при сильном их уплотнении и частичной перекристаллизации при большом одностороннем давлении. В отличие от глин они не размокают в воде и при увлажнении не обладают пластичностью. Цвет темно-серый. Глинистые сланцы очень долговечны, легко расщепляются на тонкие ровные плитки, ρ_о = 2,6-2,8 т/м³, R_сж= 20-60 МПа, они являются прекрасным кровельным материалом (природный шифер). Сланцы имеют натуральную, слегка неровную поверхность. Полировке обычно подвергаются черные, серые и зеленые сланцы. Сланец легко поддается стандартным камнеобрабатывающим пилам, хорошо режется и при этом, в отличие от гранита, не крошится. По своим свойствам напоминает мрамор: морозоустойчивость этого камня составляет 25-100 циклов, твердость - 2-4 по шкале Мосса, водопоглощение - 0,1-3%.

Сланцем покрывают полы, облицовывают стены, используют в качестве материала для изготовления столов и подоконников. Сланец прекрасно сочетается и гармонирует с деревом благодаря своей слоистой структуре. Особого ухода поверхность сланца не требует: раз в год нужно смывать старый защитный слой и покрывать камень водо- и грязеотталкивающей пропиткой и воском. Эти меры сохранят блеск сланцевой поверхности.

Долгое время в России этот материал использовался лишь в виде необработанных плит - для мощения улиц, облицовки заборов, строительства клумб. И только в последние два года этот камень начали применять как декоративный материал. Сланцы имеют очень разнообразную окраску: от однородной зеленой (Verde), бежевой (Biege), красноватой (Rosso) или черной (Black) до переливающейся разноцветной (Panther, Multicolor, African Sunset). Цвет сорта Bahia напоминает пятна ржавчины на асфальте. В настоящее время сланец продается в виде необработанных плит (например, 500×200×20мм) или декоративных плиток самых разнообразных форм (треугольных, квадратных, многогранных) и размеров (20×20×10, 15×30×10мм и др.). Одним из поставщиков декоративных плиток из сланца в Россию является итальянская фирма ARTESIA. Стоимость плит зависит от их размеров и сорта сланца: от $70/м² - малогабаритные плитки (10×10×10мм), от $95/м²- плиты больших размеров, например, 60×60×15мм).

3.7. Контрольные вопросы по теме «Природные каменные строительные материалы».

1. Перечислите требования к основным свойствам горных пород.

2. Что такое блочность, декоративность, долговечность природного камня?

3. Какие фактуры можно придать поверхности камня и как они создаются?

4. Что такое текстура камня?

5. Каково строение земной коры?

6. Что называют горной породой? Как классифицируются горные породы по условиям их образования?

7. Из каких минералов состоят основные изверженные горные породы?

8. Из каких минералов состоят основные осадочные горные породы?

9. Из каких минералов состоят основные метаморфические горные породы?

10. Каковы характерные свойства минералов, образующих изверженные горные породы?

11. Каковы характерные свойства минералов, образующих осадочные горные породы?

12. Каковы характерные свойства минералов, образующих метаморфические горные породы?

13. Какие минералы придают горным породам высокую вязкость и прочность, долговечность?

14. Как образовались изверженные горные породы?

15.Как образовались осадочные горные породы?

16. Как образовались метаморфические горные породы?

17. Какими основными свойствами и признаками характеризуют минералы и горные породы?

18. Назовите горные породы, применяемые для производства минеральных вяжущих.

19. Каковы виды структуры природных каменных материалов?

20. Какие горные породы применяются в тяжелых и легких бетонах?

21. Какие природные каменные материалы применяют для облицовки внутренних и внешних частей зданий и в качестве стенового материала отапливаемых зданий?

22. Назовите горные породы, состоящие в основном из карбонатов и сульфатов кальция, магния и применяющиеся в производстве строительных материалов, охарактеризуйте их свойства.

23. Что представляет собой мергель и для каких целей он используется?

24. Что общего в составах трепела, опоки, диатомита и где они применяются?

25. Для каких целей применяют в строительстве следующие горные породы: гранит, габбро, лабрадорит, диабаз, базальт, кварц, известняк, кварцит, мрамор, сланцы, мел, гипс?

26. Как влияют высокие температуры на гранит, известняк, магнезит, доломит, гипс, мрамор, гнейс, базальт?

27. Какие минералы и горные породы «вскипают» при воздействии соляной кислоты и какие является кислотостойкими?

28. Какие строительные материалы и изделия получают из горных пород?

29. Чем объясняется образование сланцеватых структур в метаморфических горных породах?

3.8. Задачи к теме «Природные каменные строительные материалы».

1. По данным химического анализа гранит содержит 68% SiO₂. базальт-47% SiO₂. К каким группам (по химическому составу) относятся гранит и базальт и какое различие будет наблюдаться в их свойствах?

2. Горная порода имеет истинную плотность - 2,68 т/м³,пористость 40% и прочность при сжатии не менее 7,0 МПа. К какому виду - легким или тяжелым - относятся каменные материалы, получаемые из этой горной породы? Можно ли изготовить эффективные стеновые материалы для малоэтажного строительства, если известно, что материал из данной породы водостоек и морозостоек?

3. Можно ли применять для устройства фундаментов во влажных грунтах бутовый камень из известняка, имеющего в сухом состоянии прочность при сжатии 102 МПа, а в водонасыщенном состоянии – 72,5 МПа?

4. Горная порода содержит 74% СаСО₃ и 25% глинистых веществ. Как называется такая горная порода и в производстве каких строительных материалов она может использоваться?

5. После испытаний на морозостойкость образцов, изготовленных из трахита, получили следующие данные: масса исходных образцов до испытаний в среднем составила 870 г, а прочность при сжатии -125 МПа. После циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии масса образцов в сухом состоянии и прочность при сжатии (в среднем) составили соответственно:

- после 25 циклов – 0,878 кг и 122,5 МПа_,

- после 50 циклов – 0, 875 кг и 121,5 МПа,

- после 100 циклов- 0,860 кг и 118 МПа,

- после 150 циклов- 0,820 кг и 91 МПа.

Определить, к какой марке по морозостойкости может быть отнесен материал из данной горной породы?

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным занятиям по теме

ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ЧАСТЬ I. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

для студентов всех специальностей

.

Составитель М.Г. Габидуллин

Редактор Г.А. Рябенкова

Подписано в печать Формат 60х84/16

Заказ_________ Тираж 100 экз Усл.-печ.л. 2,0

Бумага тип №1 Печать ризографическая Уч.-печ.л. 2.25

__________________________________________________________________

Редакционно-издательский отдел

Казанского государственного архитектурно-строительного университета

420043, Казань, Зелёная,1

Печатно-множительный отдел КГАСУ

420043, Казань, Зелёная, 1

Дата добавления: 2015-07-07