(ПГС02 2016) Строительные материалы. Нормативная база Материаловедение

• Название: Нормативная база Материаловедение
• Анкор: (ПГС02 2016) Строительные материалы
• Дата: 24.02.2023
• Размер: 1.71 Mb.
• Имя файла: (ПГС02 2016) Строительные материалы.docx
• Тип: Закон; #953171
• страница: 4 из 19

3.1. Сырьевая база производства строительных материалов

Сырьевой базой производства строительных материалов являются горные породы, а также техногенное и органическое природное сырье. На долю сырья в себестоимости продукции приходится более 50%. Использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах. Все отходы разделяются на две большие группы: минеральные и органические. К минеральным техногенным отходам относятся: шлаки черной металлургии, отходы цветной металлургии, золы и шлаки тепловых электростанций, вскрышные породы, отходы угледобычи и углеобогащения, гипсовые отходы химической промышленности, отходы промышленности строительных материалов, пиритные огарки, электротермофосфорные шлаки, вторичные ресурсы.

Органическим природным сырьем являются отходы древесины и лесохимии (кора, пни, вершины, ветви, сучья, горбыль, стружки, щепа, опилки).

3.2. Минералы, горные породы: основные понятия

Природными каменными материалами называют материалы и изделия, получаемые механической обработкой горных пород (дроблением, раскалыванием, распиливанием и др. способами), или без механической обработки (сортировкой, обогащением, очисткой, мойкой).

Горные породы находят применение в промышленности строительных материалов как сырье для изготовления керамики (глины, каолины), стекла (кварцевый песок, известняк), теплоизоляционных изделий (базальт, диабаз, диатомит, трепел, опока, доломит, хризотил-асбест), огнеупоров (доломит, кварцит).Для производства неорганических вяжущих веществ применяют различные виды известняков, глину, мергель, мел, доломит, гипс, ангидрит, опоку, трепел, вулканические туфы, трассы. В качестве заполнителей для растворов и бетонов используют песок, гравий и щебень (из гранита, диабаза, базальта, известняка). Для изготовления каменных строительных материалов и изделий (облицовочные плиты, ступени, плиты для полов, камни и блоки для стен, бортовые камни, брусчатка и т.д.).

Горная порода – это скопление минеральных агрегатов в земной коре, обладающих более или менее постоянным составом и свойствами. Она может быть мономинеральной, состоящей из одного минерала (гипс, магнезит, доломит и др.) или полиминеральной – из нескольких минералов (гранит, диабаз и др.).

Минерал – это химический элемент (самородная медь, сера, платина) или соединение (кварц, кальцит и др.), однородное по своему состав, строению и свойствам, образующееся в результате природных физико-химических процессов в земной коре, водной оболочке или атмосфере.

Горные породы, входящие в состав земной коры, весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по составу и свойствам. Обычно горные породы классифицируют по условиям их образования в земной коре на три основные группы: магматические, осадочные и метаморфические (по Ф.Ю. Левинсон-Лессингу).

Магматические или изверженные (первичные) горные породы образовались непосредственно из расплавленной магмы. В зависимости от условий охлаждения (отвердевания) магмы различают два вида магматических пород: глубинные и излившиеся.

Глубинные породы образовались в глубине земной коры при медленном, сравнительно равномерном остывании магмы и значительном давлении верхних слоев, что способствовало процессам кристаллизации; они имеют зернисто-кристаллическое строение, однородную текстуру, большую плотность, высокую прочность на сжатие и морозостойкость, низкое водопоглощение и большую теплопроводность. К ним относятся: гранит, сиенит, габбро и др.

Излившиеся породы образовались вблизи и на поверхности земной коры 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 сформировавшихся кристаллов, вкрапленных в основную скрытокристаллическую массу. К излившимся породам относятся: кварцевый порфир, андезит, диабаз, базальт.

При очень быстром охлаждении расплавленной магмы, выбрасываемой при извержении вулканов, породы приобретают пористое аморфное (стекловидное) строение. К таким породам относятся: рыхлые (вулканические пеплы, пески) и сцементированные (вулканические 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:

1. Механические осадки: рыхлые (песок, щебень, гравий, глина) и сцементированные (песчаник, брекчия, конгломерат).

2. Органогенные осадки: растительные (фитогенные) – трепел, диатомит, опока; животные (зоогенные) – мел, известняк-ракушечник, известняки.

3. Химические осадки: некоторые виды известняков, доломит, магнезит, гипс, ангидрит.

Метаморфические или видоизмененные горные породы образовались из магматических или осадочных горных пород под влиянием высоких температур, давления и других факторов. К этой группе относятся: гнейсы, образовавшиеся, главным образом, из гранита, мраморы – из известняков и доломитов, кварциты – из кремнистых песчаников, глинистые сланцы – из глин.

3.3. Породообразующие минералы

Минералы классифицируют по различным принципам: по внешнему виду, происхождению и физическим свойствам, химическому составу, кристаллохимическим и кристаллографическим особенностям.

Наиболее важной с инженерно-строительной точки зрения является кристаллохимическая классификация, согласно которой минералы систематизированы с учетом химического состава и особенностей строения, выделяется 11 классов минералов в соответствии с их распространением в земной коре. Наиболее часто встречаются минералы следующих классов: силикаты, оксиды и гидрооксиды, карбонаты, сульфаты, галоидные соединения, сульфиды. Наряду с классами принято выделять группы минералов.

Характеристики минералов и горных пород складываются из следующих признаков и показателей: внешнего вида (цвет, блеск), строения, химического состава для минералов, минерального состава для горных пород, истинной плотности для минералов ρ, средней плотности для горных пород ρ_m, предела прочности при сжатии или изгибе R_сж или R_изг, стойкости против выветривания, температуры плавления и др.

Специфическими характеристиками минералов являются следующие:

Твердость оценивается по шкале твердости Мооса, в которой минералы расположены в порядке возрастания твердости (табл. 3.1):

Таблица 3.1

Стандартная шкала твердости минералов (шкала Мооса)

Твердость	Минерал	Твердость	Минерал
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 раскалываться или расщепляться по определенным плоскостям с образованием гладких поверхностей. Различают следующие виды спайности:

- весьма совершенную – минерал легко расщепляется на отдельные пластинки или листочки с образованием одной гладкой плоскости спайности (тальк, мусковит, биотит и др.);

- совершенную - при легких ударах минерал, раскалываясь, образует две, три и более плоскости спайности (ортоклаз, кальцит, каменная соль и др.);

- среднюю – минерал раскалывается на обломки, на которых обнаруживается спайность (роговая обманка, авгит и др.);

- несовершенную – плоскости спайности обнаруживаются с трудом (апатит, берилл и др.).

При отсутствии спайности обломки минерала обладают неправильной формой (кварц, корунд и др.).

Излом в отличие от спайности не имеет правильных ориентированных блестящих поверхностей. Минералы, обладающие спайностью, дают ровный излом. У минералов, не имеющих плоскостей спайности, наблюдается раковистый излом (кварц, кремень и др.); у минералов игольчатого и волокнистого строения – занозистый излом (роговая обманка); у землистых агрегатов минералов – землистый излом (каолинит, пиролюзит, гетит).

Цвет минералов зависит от их структурных особенностей, присутствия в них окрашивающих ионов – хромофоров и механических примесей. Благодаря хромофорам и примесям цвет  одного и того же минерала может быть различным.

Блеск минералов зависит от степени отражения от их поверхности лучей света. Различают металлический и неметаллический блеск. У последнего много разновидностей: алмазный (алмаз, сера), яркий или стеклянный (мусковит, кальцит, гипс и др.),  жирный (кварц, нефелин и др.), восковой (офит, хальцедон), перламутровый (тальк, полевые шпаты и др.), шелковистые (гипс и др.), шелковый (хризотил-асбест), матовый или без блеска (каолинит, пиролюзит).

Строение (структура и текстура) минералов и горных пород позволяет судить об условиях их образования и свойствах.

Структура минералов может быть кристаллической, скрытокристаллической, аморфной (некристаллической, стекловидной) и др.

Стойкость – это способность минерала или горной породы противостоять атмосферным воздействиям, химическим реагентам и др.

К основным породообразующим минералам изверженных горных пород относятся следующие минералы:

Кварц (SiO₂) – класс оксидов и гидрооксидов, группа кремнезема. Цвет белый, серый, молочный, дымчатый, бесцветный. Блеск жирный на изломе и стеклянный на гранях. Структура кристаллическая, твердость 7, плотность 2,65 г/см³, R_сж =1000...2000 МПа. Очень высокая стойкость против выветривания. Спайность отсутствует, раковистый излом. В кислотах, за исключением плавиковой и фосфорной, нерастворим. Используется в производстве «кислых» (динасовых) огнеупоров, абразивных материалов, стекла; кварцевый песок – мелкий заполнитель для бетона и строительного раствора.

Полевые шпаты относятся к классу силикатов, группе алюмосиликатов, Кристаллические полевые шпаты разделяются на прямораскалывающиеся – ортоклаз K₂O∙Al₂O₃∙ 6SiO₂ и косораскалывающиеся — плагиоклазы (альбит Na₂O∙Al₂O₃∙6SiO₂ и анортитCaO∙Al₂O₃∙2SiO₂). Цвет белый, серый, розовый и красный. Блеск стеклянный, по плоскостям спайности — перламутровый. Твердость 6, плотность 2,55...2,76 г/см³,R_сж= 120...170 МПа. Спайность средняя по двум направлениям. Стойкость против выветривания средняя. Температура плавления ортоклаза1450 ⁰C, альбита 1100 и анортита – 1550 ⁰C. Полевые шпаты входят в состав гранитов, порфиров, сиенитов, диоритов, габбро, базальтов, диабазов, гнейсов и других пород. Полевые шпаты используются в производстве фарфора, при изготовлении глазури и специальных видов стекла.

Слюды относятся к классу силикатов, группе водных алюмосиликатов. Структура слоисто-кристаллическая. Спайность весьма совершенная в одном направлении. Блеск яркий, стеклянный, жирный. Твердость 2-3, слюды анизотропны по прочности, обладают средней стойкостью.

Наиболее часто встречают две разновидности слюды: мусковит (сложный водный калиевый алюмосиликат), плотность 2,7...3,0 г/см³, бесцветны, серебристый, светло-желтый; биотит (сложный водный K, Fe, Mg, алюмосиликат), плотность 2,8...3,2 г/см³, цвет от бурого до черного, иногда зеленый, слабоустойчив против выветривания. Встречается в гранитах, диоритах, гнейсах, сланцах и др.

Слюды снижают прочность и ускоряют выветривание горных пород, затрудняют их шлифовку и полировку.

Роговая обманка (амфиболы) и авгит (пироксены) относятся к классу силикатов, группе железисто-магнезиальных силикатов. Химический состав сложный, структура кристаллическая, R_сж=150...300МПа, блеск стеклянный, стойкость к выветриванию высокая, твердость 5-6, цвет черный или темно-зеленый, в кислотах не растворяются, имеют высокую динамическую прочность.

Роговая обманка имеет плотность  3,1...3,5 г/см³. Спайность по двум плоскостям под углом 56 градусов(124). Кристаллы призматические, игольчатые, излом занозистый, встречается в гранитах, сиенитах, габбро, гнейсах и др.

Авгит.Относится к классусиликатов, группе пироксенов. Структура кристаллическая. Цвет черный, зелетовато- и буровато- черный, реже – темно-зеленый или бурый. Блеск стеклянный. Химический состав сложный. Твердость 5- 6, стойкость против выветривания – высокая,плотность 3,3...3,6 г/см³, кристаллы призматические, спайность по призме средняя по двум направления под углом 87 градусов(93), предел прочности при сжатииR_сж =150...300 МПа, входит в состав габбро, базальта, диабаза и др.

К минералам осадочных горных пород относят следующие минералы:

Опал (SiO₂·nH₂O) – класс оксидов и гидрооксидов, группа кремнезема. Структура аморфная, количество воды в составе колеблется от 1...5 до 34%. Опал чаще всего бесцветный или молочно-белый, но в зависимости от примесей может быть желтым, голубым или черным. Блеск восковой или матовый. Твердость 5- 6,  плотность 1,9...2,5 г/см³,. Стойкость высокая, спайность отсутствует, встречается в диатомитах, трепелах, опоках.

Кальцит (CaCO₃) – класс карбонатов. Цвет белый, серый. Блеск стеклянный или перламутровый. Структура кристаллическая. Твердость 3, плотность 2,6...2,8 г/см³,       R_сж = 100...200 МПа. Стойкость средняя, вскипает от действия HCl, слабо растворим в воде. Имеет совершенную спайность в трех направлениях по ромбоэдру и входит в состав известняков, мела, доломитов, мергелей, мраморов и др.

Магнезит(MgCO₃) – класс карбонатов. Цвет белый, серый, желтый. Блеск стеклянный. Структура кристаллическая или скрытокристаллическая. Твердость4-4,5, хрупок, плотность 2,9...3,1 г/см³, R_сж = 50...200 МПа. Стойкость средняя, растворяется в HCl при нагревании, спайность совершенная по ромбоэдру. Встречается в магнезите, доломите, известняках. Температура плавления чистого оксида магния (MgO) – 2800 ⁰C.

Доломит(CaCO₃·MgCO₃) – класс карбонатов. Цвет белый, серый, желтый, редко черный. Блеск матовый, реже стеклянный.  Структура кристаллическая или аморфно-кристаллическая. Твердость 3,5-4;  плотность 2,7…2,9 г/см³, R_сж = 100…200 МПа. Стойкость и спайность средние. Встречается в магнезите, доломите, известняках.

Гипс(CaSO₄·2H₂O) относится к классу сульфатов, цвет белый, серый, розовый, иногда желтоватый. Структура кристаллическая с различной формой кристаллов. Твердость 1,5-2;  плотность 2,3 г/см³, R_сж= 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) – класс сульфатов. Цвет белый, голубой. Блеск стеклянный, иногда с перламутровым отливом. Структура кристаллическая. Спайность по трем направлениям. Твердость 3-3,5;  плотность 2,8…3,0 г/см³, R_сж= 20…70 МПа. Стойкость низкая. Растворяясь в воде, гидратируется и переходит в гипс с увеличением объема. Входит в состав ангидрита, гипса.

Каолинит(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O) относится к классу силикатов, группе каолинитов. Цвет белый, иногда желтоватый, сероватый. Без блеска. Структура слоистая. Твердость 2,  плотность 2,6…2,63 г/см³, R_сж= 0…1 МПа, легко рассыпается. Спайности нет. Очень высокая стойкость против выветривания; каолинит жирный на ощупь, гигроскопичен и огнеупорен, кислотостоек. Встречается в каолиновых глинах.

Хризотил-асбест – минерал метаморфического происхождения, являющийся волокнистой разновидностью серпентина. Цвет зеленовато-желтый с золотистым отливом, темно-зеленый, светло-серый, иногда белый, редко бурый в распушенном виде – снежно белый. Блеск шелковистый. Структура слоисто-кристаллическая, текстура – волокнистая. Атмосферостоек. Обладает большой адсорбционной способностью, огнестойкостью, щелочестойкостью. Легко расщепляется вдоль волокон (распушивается). Входит в состав горнойпорды серпентинит. Применяется при производстве асбестоцементных изделий и теплоизоляции.