Методические указания к лабораторной работе предназначены для студентов II курса общеобразовательного факультета, изучающих дисциплину «Строительное материаловедение»



Скачать 314.48 Kb.
НазваниеМетодические указания к лабораторной работе предназначены для студентов II курса общеобразовательного факультета, изучающих дисциплину «Строительное материаловедение»
Т.В. Савченкова
Дата15.07.2013
Размер314.48 Kb.
ТипМетодические указания
источник


Министерство образования Российской Федерации


ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Методические указания к лабораторно – практическим занятиям по дисциплине:

«СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»


Составитель Т.В. Савченкова


Томск-2004


Природные каменные материалы: Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Архитектурное материаловедение» / Сост. Т.В. Савченкова, Томск: Изд-во Томск. архит.-строит. ун-та, 2004. – 22 с.


Рецензент: к.т.н., доцент Л.А. Аниканова


Редактор Т.С. Володина


Методические указания к лабораторной работе предназначены для студентов II курса общеобразовательного факультета, изучающих дисциплину «Строительное материаловедение».


Печатается по решению методического семинара кафедры «Строительные материалы» протокол № 4 от 7 апреля 2004 г.


Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе О.Г. Кумпяком


с 01.09.2004

до 01.09.2007


Изд. лиц. № 021253 от 31.10.97. Подписано в печать . Формат 60х90/16.

Бумага офсет. Гарнитура Таймс. Печать офсет. Уч.-изд.л. Тираж 100 экз.

Заказ №________


Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.

634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15

СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ …..……………………………..……………… 4

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ …………………………………………….. 6

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ …………………………………. 6

3. ТРЕБУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТУРА ………... 6

4. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ …………………. 7

4.1. Главнейшие породообразующие минералы и их

свойства …………………………………………..……………. 7

4.2. Горные породы ……………………………………… 12

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ …………………………….. 17

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ …………18

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 .…………………………………………. 19

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 .…………………………………………. 20

ПРИЛОЖЕНИЕ 3……………………………………………21


^ В
3
ВЕДЕНИЕ



Природные каменные материалы являются древнейшими строительными материалами. Природный камень, использовавшийся первобытными людьми в качестве материала для изготовления основных орудий труда и оружия, дал свое название длительному культурно-историческому периоду в истории человечества. Благодаря широкой распространенности, огромным запасам природного сырья, высоким эксплуатационным характеристикам каменные материалы находят разнообразное применение в современной архитектурно-строительной практике.

Природный камень служил основным строительным материалом еще первобытному человеку. Все древние постройки: храмы, дворцы, крепости, мосты, акведуки, ритуальные сооружения - возводились из природного камня и поражают современного человека как удивительные чудеса света. Во многих странах: Египте, Мексике, Греции, Италии, Китае, Камбодже, Индии сохранилось большое количество выдающихся памятников зодчества.

Великие силы Природы трудились над созданием всего богатства красок и рисунков камней, образовывая неповторимые картины минерального мира.

Каменные природные материалы очень прочны, долговечны, огнестойки, изготовлены из местного сырья. В наше время природные каменные материалы уже не используются для возведения стен, арок, куполов, колонн и других несущих конструкций, т.к. они обладают большой массой и высокой теплопроводностью, но из-за положительных эксплуатационных и эстетических качеств продолжают широко применяться для облицовочных работ, устройства полов, дорожных покрытий и пр. Пористые природные материалы применяются в конструкции стен жилых и общественных зданий в виде стеновых камней и блоков. Отходы горнодобывающей и камнеобрабатывающей промышленности используются в качестве заполнителя для бетонов, изготовления других искусственных каменных изделий на минеральном и органическом вяжущем.

Природные каменные материалы получают из горных пород.

Горные породы возникли в земной коре под влиянием определенных геологических процессов, что нашло отражение в структуре и свойствах. По прохождению (генезису) все горные породы подразделяются на три типа: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические (изверженные) горные породы образовались в результате охлаждения огненно-жидкого расплава (магмы) в недрах земной коры или на поверхности земли. Скорость и условия охлаждения магмы были разными, что привело к образованию изверженных пород с различным минералогическим составом, структурой и текстурой. В зависимости от места образования выделяют интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся) породы.

Осадочные горные породы образовались в результате химических, физико-механических и биохимических процессов, протекающих в поверхностной зоне земной коры. По преобладающему способу осаждения минеральных и органических образований выделяют три основные группы осадочных пород: обломочные (механические) отложения, химические осадки и органогенные отложения. Обломочные породы образовались в результате разрушения, переноса и накопления обломков горных пород и других продуктов выветривания.

Химические осадки образовались в результате кристаллизации солей из водных растворов в замкнутых водоемах в условиях сухого климата или в местах выхода минерализованных источников на земную поверхность. Органогенные отложения образовались в результате отмирания остатков некоторых водорослей и животных организмов с последующим их уплотнением.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в результате преобразования магматических и осадочных пород под действием высоких температур и больших давлений. В условиях метаморфизации менялся минералогический, а иногда химических состав пород. При этом изменяется структура и текстура.


^ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ


Целью лабораторной работы является более детальное ознакомление с горными породами, наиболее часто применяемыми в качестве природных строительных материалов или используемыми в качестве сырья для производства искусственных строительных материалов.


^ 2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Изучение природных каменных материалов проводят в следующей последовательности:

1. Знакомство с главнейшими породообразующими минералами и их свойствами.

2. Знакомство с горными породами, их структурой и текстурой.

3. Определение петрографических характеристик горных пород.

4. Описание строительно-технических свойств пород и их применение в строительстве.


^ 3. ТРЕБУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТУРА


Для выполнения работы требуется:

1. Коллекция главных породообразующих минералов.

2. Коллекция горных пород.

3. Эталонная коллекция минералов, представляющих шкалу твердости.

4. Капельница с соляной кислотой (HCl) 10% концентрации.

5. Учебники, монографии по природным каменным материалам.


^ 4. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ


Всякая горная порода может быть полностью охарактеризована указанием ее минералогического состава, структуры и текстуры. Специальные термины и их определения приведены в прил. 1.

Знакомство с минералами и горными породами проводят по коллекциям образцов минералов и горных пород. Затем с помощью литературных источников устанавливают строительно-технические свойства горных пород и их применение.


    1. ^ Главнейшие породообразующие минералы

и их свойства


Минералы, слагающие основной объем породы, называют главными породообразующими, а подчиненные им в количественном отношении – второстепенными.

Главные породообразующие минералы и их свойства студенты изучают, описывая их в форме табл. 1.

Определение свойств минералов ведется по следующему плану: цвет минерала, блеск, спайность и излом, твердость, истинная плотность.


Главные породообразующие


Название

минерала

Химический состав



Группа по

классификации



Кварц

SiO2




Ортоклаз

K2OAl2O36SiO2




Альбит

Na2OAl2O36SiO2




Анортит

СaOAl2O32SiO2




Биотит

2(Mg,Fe)O(Al, Fe)2O33SiO2H2O




Мусковит

K2O3Al2O36SiO2H2O




Роговая обманка

2CaO5(Mg, Fe, Al)O38SiO2H2O




Оливин

(Mg, Fe)2 [SiO4]




Кальцит

CaCO3




Магнезит

MgCO3




Доломит

MgCO3CaCO3




Гипс

CaSO42H2O




Ангидрит

CaSO4




Каолинит

Al2O32SiO22H2O




Таблица 1

минералы


Цвет

Блеск

Спайность

или

излом

Твердость

Истинная

плотность,

кг/м3

Другие характерные признаки

Примечание







































































































































































































































































































4
5
.1.1. Цвет минералов


Цвет минералов может быть самым разнообразным, лишь в редких случаях может служить характерным диагностическим признаком (например, у лазурита – синий, у малахита – зеленый). Для большинства минералов этот признак весьма непостоянен. В обычной практике при определении цвета минерала прибегают к сравнительной оценке, сопоставляя его с окраской хорошо известных предметов или веществ. Поэтому пользуются двойными оттенками: молочно-белый кварц, оливково-зеленый оливин.


4.1.2. Блеск минерала


Падающий на минерал световой поток частично отбрасывается назад. Этот отраженный свет и создает впечатление блеска минерала. Различают следующие виды блеска:

  1. Стеклянный (кварц, ортоклаз, альбит, анортит, роговая обманка, оливин, кальцит, магнезит, доломит, гипс).

  2. Шелковистый

  3. Перламутровый (ортоклаз, альбит, биотит, мусковит, ангидрит).

  4. Алмазный

  5. Жирный

  6. Смоляной

  7. Восковой

  8. Металлический (биотит, мусковит).

  9. Полуметаллический

  10. Матовый (магнезит, каолинит).


4.1.3. Спайность и излом


Многие минералы раскалываются по плоским поверхностям. В таких случаях говорят, что минерал имеет спайность. Спайность зависит от строения кристаллической решетки. Принята пятиступенчатая шкала спайности.

1. Весьма совершенная. Кристалл способен легко расщепляться на тонкие пластинки (слюда, кальцит, гипс, каолинит).

2. Совершенная. При ударе молотком всегда получаются выколки по спайности внешне напоминающие настоящие кристаллы (ортоклаз, плагиоклазы, лабрадор, роговая обманка, магнезит, ангидрит, доломит).

3. Средняя. На обломках минералов наблюдаются как плоскости спайности, так и неровные изломы по случайным направлениям.

4. Несовершенная. Она обнаруживается с трудом.

5. Весьма несовершенная, т.е.практически отсутствует (кварц). Такие минералы обнаруживают раковистый, занозитный излом. Различают также волокнистый, ровный, неровный, ступенчатый и землистый излом.


4.1.4. Твердость


В обычной минералогической практике применяется наиболее простой способ определения твердости царапанием одного минерала другим. Для оценки твердости принимается шкала Мооса, представленная десятью минералами, из которых каждый последующий своим острым концом царапает все предыдущие. Минералы с равными значениями твердости не царапают друг друга.

Шкала Мооса – относительная шкала. С ее помощью может быть установлено лишь, какой минерал тверже. Эта шкала сопоставлена с абсолютными значениями твердости (твердость шлифования в воде по Розивалю), которая измеряется количеством минерала, сошлифовываемого с поверхности образца при определенных условиях (приложение 2), а также с величинами микротвердости, установленной с помощью специального прибора (ПМТ-3). Принцип действия прибора основан на вдавливании в образец алмазной пирамиды.

Пользуясь шкалой Мооса, можно установить твердость изучаемого минерала. Например, если исследуемый минерал царапает ортоклаз, а сам царапается кварцем, его твердость заключается между 6 и 7 (лабрадор, оливин).


      1. Истинная плотность


И
7
стинная плотность главных породообразующих минералов колеблется от 2300 до 3600 кг/м3 в зависимости от химического состава (значение плотности находят по литературе).


^ 4.2. Горные породы


Главных представителей горных пород, используемых в качестве стеновых и облицовочных материалов зданий и сооружений, сырья для производства других материалов, их петрографическую характеристику и строительно-технические свойства студенты изучают в форме таблиц 2 и 3.

Петрографическая характеристика включает минералогический состав, цвет, структуру и текстуру горных пород.

Цвет устанавливают по образцам коллекций или литературных источников, с помощью последних описывают минералогический состав горной породы.


4.2.1. Структура магматических пород


Интрузивные горные породы имеют полнокристаллические (кристаллические и зернистые структуры), обусловленные медленным остыванием магмы. При этом различают:

- крупнозернистые при величине зерна более 5 мм;

- среднезернистые с величиной зерна 1-5 мм;

- мелко- и тонкозернистые – зернистость видна простым глазом.

- кроме того, выделяют неравномернозернистые (порфировидные) структуры.

Эффузивные породы имеют стекловатые и порфировые структуры. В порфировой структуре различают 2 элемента: более крупные кристаллы (порфировые выделения) и мелкая масса (стекловатая или неполнокристаллическая, служащая как бы цементом для вкрапленников – основная масса.


4.2.2. Текстура огромного большинства магматических пород – массивная (однородная), реже пористая.


4.2.3. Структура осадочных пород


Наиболее распространенные структуры осадочных пород: обломочные и кристаллически - зернистые (химические, органогенные породы). Среди обломочных структур по величине обломков выделяют:

- грубообломочные с частицами более 2 мм;

- среднеобломочные с частицами от 2 до 0,1 мм;

-мелкообломочные с частицами от 0,1 до 0,01 мм;

- глинистые с частицами 0,01 мм.


4.2.4. Текстура осадочных пород

Осадочные породы имеют большей частью слоистую текстуру, реже массивную и пористую.


      1. Метаморфические породы имеют такие же структуры, как интрузивные породы.

4.2.6. Текстура метаморфических пород – сланцевая и массивная.

4.2.7. Строительно-технические свойства горных пород:


Петрографическая характеристика


Название

породы

Происхождение

Минералогический

состав


Цвет

Структура



































































































































































































































Таблица 2

и строительно-технические свойства


Текстура

Плотность истинная и средняя, кг/м3

Предел прочности при сжатии, МПа

Другие строительно-технические свойства

Примечание



































































































































































































































плотность, прочность, морозостойкость, водопоглощение и другие характеристики студенты находят по учебникам и другой дополнительной литературе, а также по приложению 3.

Студентам для изучения по усмотрению преподавателя могут быть предложены горные породы различных (от трех до пятнадцати) наименований.


Таблица 3

Применение горных пород

в архитектурно-строительной практике


№ п/п

Назначение

Рекомендуемые горные породы

1

Для внутренней облицовки зданий




2

Для наружной облицовки зданий и гидротехнических сооружений




3

Для изготовления фундаментов




4

Для кладки стен жилых зданий




5

Для изготовления полов, ступеней лестниц




6

Для дорожных покрытий




7

В качестве заполнителей тяжелого бетона




8

В качестве заполнителей легкого бетона




9

В качестве сырья для изготовления вяжущих веществ




10

В качестве активных минеральных добавок




11

Для изготовления керамики и стекла, каменного литья




12

В качестве сырья для изготовления теплоизоляционных материалов




13

В качестве компонентов отделочных (лакокрасочных) материалов




^ 5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ


1. Что называют горной породой?

2. Приведите классификацию горных пород в зависимости от условий образования.

3. Что называют минералом? Назовите основные свойства минералов?

4. Какие минералы образуют магматические (осадочные) горные породы?

5. Какие виды блеска имеют минералы?

6. Что такое спайность и излом? Какие типы спайности бывают у минералов?

7. Как определяют твердость минералов?

8. Какие горные породы относятся к интрузивным?

9. Какие горные породы относятся к эффузивным?

10. Какие горные породы относятся к обломочным осадочного происхождения, а какие магматического происхождения?

11. Для каких целей используют гранит, лабрадорит, базальт, порфиры, вулканический туф?

12. Где применяют известняки, мел, гипс, ангидрит, магнезит и доломит?

13. В каких условиях образовались метаморфические породы? Назовите главных представителей, их структуру и текстуру?

14. Почему мрамор не рекомендуют использовать для наружной облицовки зданий?

15. Какие меры принимают для предохранения каменных материалов в сооружениях от вредного воздействия среды?


^ СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


1. Байер В.Е. Материаловедение для архитекторов, реставраторов, дизайнеров: Учеб. пособие / В.Е. Байер. – М.: ООО «Издательство Астель»: ООО «Издательство АСТ»: ООО «Транзиткнига», 2004. – 250 с.

2. Айрапетов Д.П. Архитектурное материаловедение. – М.: Стройиздат, 1989. – 183 с.

3. Рыбъев И.И. Строительное материаловедение: Учеб. пособие для строит. вузов. – М.: Высш. шк., 2002. – 701с.

4. Горчаков Г.И. Строительные материалы / Г.Н. Горчаков, Ю.М. Баженов – М.: Стройиздат, 1986. – 688 с.

5. Вахрушев В.А. Архитектура и искусство глазами минеролога. – Новосибирск: Наука, 1988. – 230 с.

6. Зискинд М.С. Декоративно-облицовочные камни. – Л.: Недра, 1989. – 255 с.

7. Шуман В. Мир камня. В 2-х т. Т.1. Горные породы и минералы: Пер. с нем./ Предисл. Е.Я. Киевленко. – М.: Мир, 1986. – 215 с.


11

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Термины, обозначения, определения


Термин

Обозначение

Определение

Горная

порода

-

Сочетание (агрегат) минералов естественного (природного) происхождения. Это минеральная масса более или менее постоянного состава и строения

Минерал

-

Природное соединение, однородное по химическому составу, строению и физическим свойствам, составная часть горной породы

Структура

-

Строение горных пород, обусловленное размером, формой и степенью кристалличности минералов

Текстура

-

Природный рисунок

Рисунок

-

Различные по форме, размеру, расположению, цвету отдельные составные элементы на поверхности материала (камня). Рисунок горных пород обусловлен характером размещения минералов

Цвет

-

Зрительное ощущение, вызываемое воздействием на глаза потоков электромагнитного излучения в диапазоне видимой части спектра, отраженного поверхностью камня или прошедшего через него

Блеск

-

Обусловлен тем, как свет отражается от поверхности минерала

Спай-ность

-

Свойство кристаллов и кристаллических зерен раскалываться или расщепляться по определенным кристаллографическим плоскостям

Излом

-

Характер поверхности неправильных обломков, на которые кристалл раскалывается при ударе

Твер-дость

тв.

Свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела


ПРИЛОЖЕНИЕ 2


Сопоставление твердости по шкале Мооса

с абсолютной твердостью



Шкала твердости



Минерал


Характеристика твердости минерала по Моосу


Твердость шлифования

Твердость по ПМТ-3, МПа

1


Тальк

Скоблится ногтем

0,03

24

2


Гипс

Царапается ногтем

1,25

360

3


Кальцит

Царапается медной монетой

4,50

1090

4

Флюорит

Легко царапается перочинным ножом

5,00

1890

5

Апатит

С трудом царапается перочинным ножом

6,50

5360

6


Ортоклаз

Царапается напильником

37,00

7950

7


Кварц

Царапает оконное стекло

120,00

11200

8


Топаз

Легко царапает кварц

175,00

14270

9


Корунд

Легко царапает топаз

1000,00

20600

10


Алмаз

Не царапается ничем

140000,00

106000


13

Строительно-технические свойства



Наименование

породы



Средняя

плотность,

кг/м3



Пористость,

%


Водопоглощение

по массе,

%

Гранит

2600-2800

0,45-1,5


0,01-5

Диорит и сиенит

2600-2700

1,4-1,5

0,1-1

Габбро

3000-3100

Менее 0,22


0,1-0,2

Лабрадорит

2700-2800

0,5-1,5


0,2-1

Диабаз

2900-3000

0,1-0,2


0,01-0,2

Базальт

2900-3000

0,4-1,5


4-5

Кварцевый порфир

2600-2700

1,47-3,68

0,1-5

Вулканический туф

800-1100

4,72-13,22

4-40

Песчаник

2400-2500

2,8-3


0,2-2,5

Брекчия

2400-2500

-


-

Известняк

1100-2300

0,36-27


0,5-40

Мрамор

2700-2800

0,59-1,0


0,1-0,7

Гнейс

2500-2600

-


-



ПРИЛОЖЕНИЕ 3

горных пород



Марка по морозостойкости


Предел прочности при сжатии, МПа




Долговечность, годы

F 300 и более


90-250

500-200

F 300


190-200

200-300

F 300


200-300

200-350

Не менее F 50


100-350

200-300

F 50 и более


200-400

200-350

F 50 и более


50-300

200-300

F 50 и более


112-340

200-300

F 25 и более


15-60

50-100

F 25 и более


80-100

100

F 25 и более


40-50

75-100

F 25 и более


0,4-100

25-50

F 25 и менее


60-200

20-25

F 50 и более


100-300

-



Добавить документ в свой блог или на сайт


Похожие:



Если Вам понравился наш сайт, Вы можеть разместить кнопку на своём сайте или блоге:
refdt.ru


©refdt.ru 2000-2013
условием копирования является указание активной ссылки
обратиться к администрации
refdt.ru