Составитель: канд. техн. наук, доцент О.С.Огурцов а

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

 

 

Конспект лекций по изучению дисциплины

для студентов заочной и дистанционной форм обучения

специальностей 270102, 270105, 270115

высшего профессионального образования

 

 

Краснодар 2008

 

 

Составитель: канд. техн. наук, доцент О.С.Огурцов а

 

УДК

 

 

Рецензенты: д-р техн. наук, профессор В.Ф. Черных

канд. техн. наук, доцент Т.Д. Липницкая

 

Введение

Современное развитие строительного комплекса в России базируется на рыночных отношениях между организациями производителями и потребителями, а также на интеграции производителей с зарубежными фирмами. В настоящее время существенно возросли требования к качеству промышленной продукции для строительства – строительным материалам изделиям и конструкциям. Это вызвано жесткой конкуренцией на внутреннем и внешнем рынке в сфере строительной продукции.

Строительные материалы, изделия и конструкции при эксплуатации воспринимают те или иные нагрузки и подвергаются действию окружающей среды. Они должны обладать определенной прочностью, а также способностью сопротивляться физическим и химическим воздействиям среды: воздуха и содержащихся в нем паров и газов, воды и растворенных в ней веществ, колебаниям температуры и влажности, совместно воды и мороза при многократном замораживании и оттаивании и т.д. Исходя из условия работы материалов в сооружении, их можно разделить по назначению на две группы:

- конструкционные строительные материалы, применяемые для несущих конструкций;

- строительные материалы специального назначения - для защиты конструкций от воздействия окружающей среды, для повышения эксплуатационных свойств и создания комфортных условий.

Деление это условное, так как большинство материалов работают как несущие конструкции и одновременно защищают здания от воздействия окружающей среды, создают комфортные условия и т. д.

Чтобы правильно выбрать материал, спроектировать и построить сооружение надо хорошо знать свойства применяемых материалов. Свойства строительных материалов зависят от состава (вещественного, химического, минералогического и др.), химических связей и структуры материала. Изучением строения материалов в тесной связи с их свойствами занимается наука материаловедение. Знание строительного материаловедения поможет в понимании свойств материалов и в конечном итоге в решении практических вопросов, где и как применять тот или иной строительный материал, в каких условиях и как долго он будет сохранять свои эксплуатационные характеристики и от чего это зависит.

Материаловедение - наука, изучающая связь состава, строения и свойств материалов, а также закономерности их изменения при физико-химических, физических, механических и других воздействиях.

 

Тема 1. Составы и структура строительных материалов

Составы строительных материалов

Краткие выводы по вопросу состава строительных материалов

1.6.1 Вещественный (элементный) и химический составы материалов определяют многие параметры системы: химический потенциал, энергетическое состояние, термодинамику состояния (перехода) и, следовательно тип и энергию химических связей.

1.6.2 Минералогический состав предопределяет внутреннее строение, микроструктуру материала, а также его физико-химические и термические показатели.

1.6.3 Фазовый состав свидетельствует о гомогенности или гетерогенности системы, определяет взаимосвязь между элементами структуры и предопределяет упругодеформативные и термомеханические свойства материалов.

1.6.4 Гранулометрический и фракционный составы определяют макроструктуру материалов и взаимодействие его с окружающей средой и, как следствие, прочностные, тепло- и гидрофизические свойства материалов.

 

Структура материалов

Термин "структура" трактуется очень широко. Структура, по мнению физика, это особенность строения кристаллической решетки тела, химика – результат взаимодействия молекул, атомов и т.п., биолога - особенность строения клетки и т.д. В строительном материаловедении под термином " структура " подразумевают взаиморасположение элементов, составляющих тот или иной материал. Например, по структуре керамические изделия подразделяют на изделия грубой и тонкой керамики, бетоны с плавающей и контактной структурой, крупнозернистые, мелкозернистые и ячеистые и т.д.

Структура (строение, расположение, порядок) – совокупность устойчивых связей тела (объекта), обеспечивающих его целостность.

Структуру строительного материала изучают на трех уровнях: макро уровне - макроструктура – строение материала видимое невооруженным глазом; микро уровне - микроструктура – строение материала, видимое через микроскоп; внутренняя структура строение вещества, изучаемое на молекулярно-ионном уровне (физико-химические методы исследования – электронный микроскоп, термогравиметрия, рентгеноструктурный анализ и т.д).

2.1 Макроструктура – это видимая невооруженным глазом или при небольшом увеличении внутренняя или поверхностная часть материала. Макроструктура в целом характеризуется фазовым составом, т.е. наличием элементов структуры в виде твердого тела, жидкости и газовой среды.

При визуальном осмотре изделия выявляют зоны и участки, различающиеся пористостью, окраской, зерновым составом и другими особенностями, а также различные дефекты структуры в виде трещин, каверн и пр.

Макроструктуру строительных материалов делят на несколько групп: конгломератная, ячеистая, мелкопористая, волокнистая, слоистая, и рыхлозернистая (порошкообразная). Конгломератная структура - соединение разнородных веществ, обычно в виде зерен, кусков различных форм и размеров, например, конгломератную структуру имеют тяжелые бетоны. Ячеистая структура свойственна газо-, пенобетонам, пеностеклу, пемзе. Ячеистая структура характеризуется наличием макропор, у мелкопористых большинство ячеек размером менее 1 мм, например у керамических материалов. Волокнистая структура присуща природным (древесина) или искусственным (минеральная вата) материалам с расположением волокон в одном направлении или хаотично. Показатели свойств таких материалов заметно отличаются при физических воздействиях вдоль или поперек волокон. Слоистая структура предполагает наличие в материале нескольких, в том числе и разнородных слоев, характерна для листовых материалов, плитных, рулонных гидроизоляционных и др. Рыхлозернистую структуру имеют сыпучие порошкообразные материалы, состоящие из большого количества несвязанных зерен или мелких частиц, например щебень (гравий), песок - заполнители для бетонов и растворов, материалы для тепло- звукоизоляционной засыпки.

В процессе структурообразования в определенный промежуток времени, как правило, имеют место только две фазы: жидкая (расплав или раствор) и твердая (кристалл или стекло). При стабилизации структуры возможно наличие третьей (газовой фазы).

2.2 Микроструктура – строение вещества, материала различимое с помощью оптических приборов (под микроскопом). Классически выделяют три типа микроструктур: кристаллическую, аморфную, смешанную.

Кристаллическая структура – упорядоченная, наиболее устойчивая форма агрегатного состояния вещества. Кристаллическая структура формируется из термодинамически неустойчивых диспергированных систем, обладающих огромным запасом свободной энергии. Кристаллизация, как правило, самопроизвольный процесс с выделением тепла (энергии). Образующиеся кристаллы определяют физические, механические, термические, электрические, оптические и другие свойства структуры. Схема изменения состояния тела на рис 1.

Переход кристаллического тела в аморфное состояние связан с сообщением механической, химической или тепловой энергии.

Аморфная структура – промежуточное состояние между двумя периодами существования кристаллической структуры: до полной кристаллизации (левая часть схемы) и в стадии активного распада (правая часть схемы).

 

Кристаллическое состояние твердого тела (устойчивое)

 

Кристаллизация Аморфизация

 

 

Стеклообразное Жидкость, расплавы,

состояние твердого тела растворы, дисперсии

(малоустойчивое) Стеклообразное (неустойчивое состояние)

 

Рис.1 Схема изменения состояния (структуры) тела

 

Смешанная аморфно-кристаллическая структура, точнее стеклокристаллическая – сложная структура. Соотношение между кристаллической и аморфной фазами оказывает огромное влияние на свойства материала. Схема образования аморфно-кристаллической структуры на рис. 2. Вершины треугольника символизируют структуры (состояние вещества или материала): вершина "А" – кристаллическая структура, "В" – аморфная структура, "С" – стеклообразное состояние твердых тел.

 

 

Кристаллическая структура (устойчивая)

А

Стеклокристаллическая структура Стеклокристаллическая структура

(ситалловая) образованная из стекла образованная из кристаллов

 

Аморфно-кристал лическая структура

Конденсация Диспергация

(созидательный процесс) (разрушительный процесс)

С В

Аморфная структура (неустойчивая)

 

Рис. 2 Схема образования аморфно-кристаллической структуры

 

Зона, расположенная выше линии, проходящей через точку "А", предполагает наличие в ней элементов ярко выраженной кристаллической или поликристаллической структуры. Ярко выраженную кристаллическую структуру имеют минералы образующие горные породы, такие горные породы, как гранит, диорит и др., клинкерные минералы цемента. Зона ниже линии "СВ" – включает природные и искусственные материалы и соединения, имеющие аморфную структуру: вулканическое стекло, стекло и изделия из него, сажа, аморфный кремнезем. Между двумя горизонтальными линиями расположена зона элементов смешанной аморфно-кристаллической структуры. Большинство строительных материалов имеют именно эту структуру: строительная керамика, бетоны, растворы и др.

Классификация материалов по структуре представлена в табл. 4.

2.3 Внутреннее строение вещества определяет его механическую прочность, твердость, теплопроводность и др. свойства, зависит от его агрегатного состояния и устойчивости и может иметь строго упорядоченное строение (т.е. кристаллическую решетку) или беспорядочное (хаотическое расположение молекул и атомов).

Природа частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки, и химические связи определяют тип кристаллической решетки: атомный, молекулярный, ионный, металлический.

Вещества с атомными решетками характеризуются высокой твердостью и тугоплавкостью, они практически не растворимы ни в каких растворителях. Таких веществ сравнительно мало, например алмаз, кремний. Молекулярную решетку имеют почти все вещества неметаллы, кроме углерода и кремния, они имеют невысокую твердость, легкоплавкие, летучие. К соединениям с ионной кристаллической решеткой относят большинство солей и некоторые оксиды. По прочности ионные решетки уступают атомным решеткам, но превосходят молекулярные, и имеют высокие температуры плавления. Металлы отличаются от других соединений атомов наличием свободных электронов, отсюда высокие электро- и теплопроводность.

Решетки разных веществ отличаются друг от друга природой образующих их частиц и расположением частиц в пространстве, образуя элементарные ячейки, которые придают веществу только ему свойственные особенности.

Тема 2 Свойства материалов

Совокупность различных свойств предопределяет назначение материала и граничные условия его эксплуатации.

Структурные характеристики

Масса – совокупность материальных частиц (атомов, молекул, ионов), содержащихся в данном теле (кг, г). Масса обладает определенным объемом, т.е. занимает часть пространства. Она постоянна для данного вещества и не зависит от скорости его движения и положения в пространстве. Тела одинакового объема, состоящие из различных веществ, имеют неодинаковую массу.

Истинная плотность – масса единицы объема абсолютно плотного материала (кг/м³, г/см³):

r = m / V, (1)

где m – масса материала, кг (г); V- объем в плотном состоянии, м³ (см³).

Большинство строительных материалов пористые - в их объеме помимо твердого вещества находятся воздушные ячейки (поры), заполненные воздухом, плотность которого несравнимо ниже плотности твердого вещества. Поэтому для строительных материалов определяют среднюю плотность.

Средняя плотность – масса единицы объема материала (изделия) в естественном состоянии, включая поры и пустоты (кг/м³, г/см³):

r_о = m / V_е , (2)

где m – масса материала, кг (г); V_е – объем материала в естественном состоянии, м³ (см³).

Относительная плотность – выражает отношение плотности материала к плотности стандартного вещества при определенных физических условиях (безразмерная величина):

d= r_I (T_I; P_I) / r_ст (T_ст; P_ст), (3)

где r_I - плотность материала, кг/м³; r_ст - плотность стандартного вещества, кг/м³.

В качестве стандартного вещества принимают воду при +4 ^оС, имеющую при этой температуре плотность 1000 кг/м³. Например: легкий бетон r_о=1400 кг/м³иметт относительную плотность d=1,4.

Для характеристики материалов, состоящих из отдельных зерен (цемент, песок, гравий), используют так называемую насыпную плотность.

Насыпная плотность – отношение массы зернистых или порошкообразных материалов ко всему занимаемому ими объему, включая и пространство между частицами (кг/м³, г/см³, кг/л):

r_нас = m / V_нас, (4)

где m – масса зернистого или порошкообразного материала, кг (г); V_нас – объем, который занимает определенная масса материала, находящегося в рыхлонасыпном состоянии, м³ (л).

Подавляющее большинство современных материалов кроме жестко-вязкого (твердого) вещества содержат в структуре поры – промежутки, полости, ячейки. Их количество и характер (размеры, распределение, открытость или закрытость) влияют на эксплуатационно-технические свойства

Строение материала в естественном состоянии характеризуется общей, открытой и закрытой пористостью, распределением пор по их радиусам, средним радиусом пор и удельной внутренней поверхностью пор.

Пористость – степень заполнения объема материала порами:

П = V_П / V_е (5)

где V_П – объем пор, м³ (см³); V_е - объем материала в естественном состоянии, м³ (см³).

Экспериментально-расчетный метод определения пористости, %, использует найденные опытным путем значения плотности высушенного материала:

П = (1 - r_о / r) · 100 (6)

Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах от 0 до 98 %. В зависимости от показателя пористости различают низкопористые (менее 30 %), среднепористые (от 30 до 50 %) и высокопористые (более 50 %) материалы. На свойства материалов оказывает влияние величина пористости, размер и характер пор. Пористый материал содержит открытые и закрытые поры, размер пор может быть как несколько ангстрем, так и несколько миллиметров. По размеру поры классифицируют на:

- макропоры >0,5 мкм (5×10³ А);

- капиллярные поры >1 мкм (10⁴ А);

- контракционные поры 1…10^-2 мкм (10⁴…10² А);

- поры геля – 10^-2…10^-4 мкм (50…15 А).

Из представленной классификации к элементам макроструктуры относятся макропоры и крупные капилляры. Капиллярами называют, как правило, канальные поры, которые способны впитывать жидкость. Этот процесс имеет место при определенных условиях, связанных с радиусом капилляра, свойствами жидкости и твердой фазы, а также взаимодействием жидкости с внутренней поверхностью капилляра. Увеличение замкнутой пористости повышает долговечность материала.

Плотность и пористость в значительной степени определяют такие свойства материалов как водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др.

Пустотность – степень заполнения определенного объема зернистым или порошкообразным материалом (%) или количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпанного материала:

П = (1 - r _нас / r) х 100 (7).

Например, пустотность песка кубанского речного достигает 50%.

Физические свойства

Теплофизические свойства

Звукоизоляционные свойства

Звукопоглощение – способность материала поглощать звуковые волны. Звукопоглощение материала характеризуется коэффициентом звукопоглощения, показывающим, какое количество звуковой энергии поглотил материал в единицу времени по сравнению с общим количеством падающей звуковой энергии.

Звукопоглощающая способность материала прямо пропорциональна логарифму его массы. Следовательно, с увеличением массы материала повышается его звукопоглощающая способность, сначала довольно быстро, а затем весьма медленно. Поэтому необходимой звукоизоляции добиваться только увеличением массы материала не экономично. Степень поглощения звука материалом зависит от его структуры, величины и характера пористости, а также толщины. В полужестком и особенно упругом скелете материала звукопоглощение усиливается за счет деформаций самого скелета, поэтому материалы с волокнистой структурой (на основе минеральных волокон) являются звукопоглощающими.

 

 

Механические свойства

На строительные материалы, изделия и конструкции могут воздействовать нагрузки статического или динамического характера, вызывая в них различного рода деформации и внутренние напряжения.

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформирующему воздействию внешних сил или разрушению.

Разрушение – это ослабление взаимосвязи между частицами при нарушении сплошности структуры. Различают хрупкое (мгновенное без деформации) и пластическое (с деформацией) разрушение твердого тела.

4.1 Деформация – это нарушение взаимного расположения множества частиц материальной среды, которое приводит к изменению формы и размеров тела и вызывает изменение сил взаимодействия между частицами, т.е. возникновение напряжений.

Простейшими элементами деформации являются относительное удлинение (укорочение) и сдвиг.

Относительное удлинение (укорочение) – отношение изменения длины к первоначальной длине, :

, (17)

где - - первоначальная длина образца материала; - длина образца после деформации.

Сдвиг – изменение угла между элементарными волокнами, исходящими из одной точки и образующими прямой угол до деформации.

Деформация называется упругой, если она исчезает после снятия нагрузки, поэтому ее называют обратимой. Обратимые деформации упругих твердых тел, как правило, составляют доли процента или несколько процентов.

Упругостью твердого тела называют его свойство деформироваться под влиянием нагрузки и самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешних сил.

Деформация называется пластической, если она после снятия нагрузки не исчезает, поэтому ее называют необратимой.

Пластичностью твердого тела называют его свойство изменять форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь, причем после прекращения действия силы тело не может самопроизвольно восстанавливать свои размеры и форму, и в теле остается некоторая остаточная пластическая деформация.

Деформация называется упругопластической, если исчезает не полностью (наблюдается наличие остаточной деформации), если деформация изменяется во времени и обратима, то называется вязкоупругой.

Долговечность и надежность

5.1 Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с не обходимыми перерывами на ремонт. Предельное состояние определяется степенью разрушения изделия, требованиями безопасности или экономическими соображениями. Долговечность строительных изделий измеряют сроком службы без потери эксплуатационных качеств в конкретных климатических условиях и в режиме эксплуатации. Например, для железобетонных конструкций нормами предусмотрены три степени долговечности: 1-ая - не менее 100 лет, 2-ая – не менее 50 лет, 3-я - не менее 20 лет. Долговечность определяется совокупностью физических, механических и химических свойств материала. Ее нужно оценивать применительно к конкретным условиям эксплуатации. О долговечности судят, подвергая материалы испытаниям, которые по возможности воспроизводят воздействия в натуре. Моделирование воздействий среды в условиях лабораторных испытаний достаточно сложная задача. Лабораторные испытания сочетают с натурными испытаниями.

5.2 Надежность – проявление всех свойств материалов в процессе эксплуатации. Надежность складывается из долговечности, безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказность – свойство изделия сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации в течение некоторого времени без вынужденных перерывов на ремонт.

Ремонтопригодность – свойство изделия, характеризующее его приспособленность к восстановлению исправности и сохранению заданной технической характеристики в результате предупреждения, выявления и устранения отказов.

Сохраняемость - свойство изделия сохранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения и транспортирования, установленного технической документацией. Сохраняемость оценивают количественно временем хранения и транспортирования до возникновения неисправности.

Классификация минералов

Минералы подразделяются на классы. Рассмотрим те классы, минералы которых образуют горные породы, применяемые в строительстве.

I Класс - силикаты (лат. Silicium – кремний), таблица 1. Самые распространенные в природе минералы. По химическому составу силикаты рассматриваются как соли различных гипотетических кремниевых (железисто-магнезиальные) и алюмокремниевых (алюмосиликаты) кислот с подразделением на безводные и водные силикаты.

Таблица 1

I Класс силикатов
железисто-магнезиальные силикаты	алюмосиликаты
безводные:	водные:	безводные:	водные:
оливин	серпентин	полевые шпаты (калиевый, натриевый, кальциевый)	слюда мусковит
авгит	слюда биотит	каолинит
роговая обманка	вермикулит	монтмореллонит

 

Железисто-магнезиальные силикаты темноокрашенные минералы, имеют сложный химический состав, высокую ударную вязкость и обладают стойкостью против выветривания. Алюмосиликаты светлоокрашенные минералы. Каолинит и монтмореллонит – породообразующие минералы глин. Каолинит применяется в химической и фарфорофаянсовой промышленности, а также как огнеупорный материал. Глины с высоким содержанием монтмореллонита (бентонитовые глины) обладают большой адсорбционной способностью и применяются для очистки нефтепродуктов, растительного масла, уксуса, вина, для смягчения жестких вод.

II Класс – карбонаты, таблица 2, широко распространенный в природе класс минералов. Карбонаты - рассматриваются как соли угольной кислоты.

Таблица 2

II Класс карбонатов

кальцит

магнезит

доломит

III Класс – окислы – кислородные соединения, таблица 3.

Таблица 3

III Класс окислов

кварц (окись кремния)

корунд (окись алюминия)

гематит (окись железа)

Кварц (SiO₂) – наиболее распространенный минерал земной коры. В природе может находиться как в виде самостоятельной горной породы (кварцевый песок, кварцевое стекло, горный хрусталь), так и входит в состав многих горных пород (граниты, кварциты, гнейсы пески, песчаники и т.д.).

Корунд (Al₂O₃) – в качестве породообразующего минерала встречается в гнейсах и кристаллических сланца. Порошок корунда применяется для шлифования – наждак темный непрозрачный минерал, топаз, восточный изумруд –зеленый прозрачный. Разновидности корунда – драгоценные камни: рубин красный, рубин розовый, рубин прозрачный, сапфир синий, прозрачный

IV Класс – сульфаты - соли серной кислоты, водные и безводные, таблица 4.

 

 

Таблица 4

IV Класс сульфатов
безводные	водные
ангидрид	гипс
барит

 

Свойства минералов

В зависимости от особенностей внутреннего строения минералы могут быть кристаллическими или аморфными.

Важнейшими свойствами кристаллических минералов являются анизотропность – физические свойства внутри минералов по разным направлениям разные, аморфных минералов - изотропность – физические свойства их одинаковы по всем направлениям внутри минерала.

Основными свойствами минералов: блеск, твердость, цвет минерала, цвет порошка минерала (черта), спайность, излом, плотность и форма кристалла.

Блеск – способность минерала отражать своими поверхностями свет. По блеску минералы подразделяются на 2 группы – обладающие металлическим блеском и имеющие не металлический блеск.

Металлическим блеском, как правило, обладают самородные элементы.

Неметаллический блеск может быть стеклянным, перламутровым, шелковистым, жирным, восковым, матовым.

Каждому минералу присуща определенная твердость, которая оценивается по 10 бальной шкале Мооса. В этой шкале за основу принята твердость 10 эталонных минералов:

1. тальк мягкие

2. гипс минералы

3. кальцит

4. флюорит средней твердости

5. апатит

6. ортоклаз минералы

7. кварц твердые

8. топаз

9. корунд очень твердые

10. алмаз

По цвету свежего излома минералы делят на белые, сероватые, бесцветные, желтые, бурые, коричневые, красные, многоцветные и т. д.

У некоторых минералов цвет порошка резко отличается от цвета самих минералов. Например, кальцит бывает белого, желтого, зеленого, голубого, синего черного и др. цвета, а порошок всегда белого цвета. Для получения порошка минерала обычно применяется шероховатая фарфоровая пластинка, по которой минералом проводят черту.

В определенных направлениях минералы оказывают более слабое сопротивление физическим воздействиям и по этим направлениям они легче раскалываются, образуя ровные, гладкие блестящие поверхности. Это явление называют спайностью. Спайность у различных минералов выражена в различной степени и различают:

- спайность весьма совершенную – минералы легко расщепляются в одном направлении на тонкие пластинки (слюды);

- спайность совершенную – минералы раскалываются по определенным направлениям и дают ровные, блестящие поверхности спайности: у одних минералов в одном направлении (топаз), у других она бывает выражена в двух направлениях (полевые шпаты) и в трех направлениях (кальцит);

- спайность несовершенная – спайность выражена слабо (апатит);

- спайность отсутствует – при ударе минерал раскалывается по неопределенным направлениям и дает неровные поверхности излома (кварц).

Излом бывает раковистый, зернистый, игольчатый.

Истинная плотность – от 0,6 (смолы) до 18-19 г/см³(золото). По плотности минералы подразделяют на:

- легкие - плотность до 2,5 г/см³ (гипс);

- средние - плотность от 2,5 до 4 г/см³ (кальцит, кварц, полевые шпаты, слюды, доломит);

- тяжелые – плотность более 4 г/см³ (рудные минералы, самородные элементы и т. д.).

 

Классификация горных пород

В основу классификации горных пород положено их происхождение (генетическая классификация). Происхождение и условия образования горных пород предопределяют их химико-минералогический состав, кристаллическое строение и структуру.

По условиям образования горные породы подразделяются на три группы: изверженные (магматические), осадочные и метаморфические.

2.1 Изверженные горные породы (таблица 5) представляют собой продукты отвердения расплавленной магмы, застывшей в недрах или на поверхности земли. Различные условия охлаждения магмы привели к образованию изверженных горных пород с различным строением и свойствами.

Горные породы, образование которых происходило на большой глубине (их называют глубинные) под значительным давлением верхних слоев земной коры, остывали медленно и сравнительно равномерно. Глубинные породы массивны, плотны и имеют полнокристаллическую структуру, состоящую из тесно сросшихся более или менее крупных кристаллов. Они обладают большой плотностью, высокими прочностью на сжатие и морозостойкостью, малым водопоглощением и большой теплопроводностью.

Горные породы, образовавшиеся вблизи земной поверхности – излившиеся – образовались на поверхности земли при отсутствии давления и при быстром охлаждении магмы имеют полнокристаллическую неравномерно-зернистую (порфировую) и неполнокристаллическую или стекловатую структуры. Излившиеся породы имеют химический и минералогический составы такие же, как и глубинные породы и обладают примерно теми же физико-механическими свойствами.

Основными породообразующими минералами изверженных пород являются: кварц и его разновидности, полевые шпаты, железисто-магнезиальные силикаты.

По среднему содержанию кремнезема как самой важной составляющей делятся на группы: кислые, средние и основные

 

Таблица 5

Изверженные горные породы
глубинные:	излившиеся:
Кислые (SiO2 – 65…75 %)
гранит	кварцевый порфир обсидиан пемза
Средние (SiO2 – 52…65 %)
диорит сиенит	андезит, порфирит трахит
Основные (SiO2 – 40…52 %)
габбро лабрадорит	базальт, диабаз

2.2 Осадочные горные породы (таблица 6) обязаны своим происхождением экзогенным (внешним) процессам и являются продуктами разрушения и переотложения магматических и метаморфических горных пород, химического и механического выпадения осадков из воды, жизнедеятельности растений и животных. В зависимости от условий их образования осадочные породы делят на три основные группы.

 

 

Таблица 6

Осадочные горные породы
обломочные	Химические осадки	органогенные
рыхлые	сцементированные
валуны галька гравий песок суглинки (лессы) глины	конгломераты, брекчии гравелит   песчаники алевролит	гипс ангидрит плотные известняки известковые туфы	мел доломит известняки диатомиты опока

 

По минералогическому составу осадочные породы отличаются от магматических пород. Осадочные горные породы состоят:

1) из первичных минералов, образовавшихся при формировании самой осадочной породы (гипс, ангидрит, кальцит, кварц);

2) из продуктов химического разложения минералов магматической горной породы, послужившей материалом для осадочной породы (оливин переходит в змеевик и асбест, полевые шпаты и слюды в глинистые минералы – в каолинит, монтмориллонит, гидрослюду);

3) из неизмененных обломков различной степени измельчения первоначальной (магматической или метаморфической) горной породы или слагавших ее минералов.

В целом минералогический состав осадочных пород проще состава магматических пород.

Обломочные породы. Горные породы этой группы образуются в результате накопления обломочного материала различных пород.

По величине слагающих рыхлых обломков породы делятся на:

- грубообломочные (псефиты) – обломки крупнее 2 мм - валуны (окатанные обломки больше 200 мм в диаметре), галька (окатанные обломки от 10 до 200 мм), гравий (обломки от 2 до 10 мм);

- среднеобломочные (псаммиты) - обломки от 0,05 до 2 мм - различные пески;

- мелкообломочные (алевриты) - обломки от 0,005 до 0,05 мм – лессы (суглинки);

- глинистые породы (плиты) - в основном состоят из обломков меньше 0,01 мм, среди которых коллоидных частиц (размером меньше 0,005 мм) содержится больше 30 %.

К плотным (сцементированным) обломочным породам относятся: конгломерат (сцементированные окатанные обломки размером 10-200 мм); брекчия (сцементированные неокатанные обломки размером 10-200 мм); гравелит (сцементированный гравий размером 2…10 мм); песчаник - сцементированный песок различной крупности и разного минералогического состава; алевролит – сцементированный алеврит.

Породы химического происхождения - химические осадки, выпадающие из растворов, например из морской воды при жарком и сухом климате (гипс и ангидрид), натечные образования (сталактиты и сталагмиты) - различные скопления карбонатов и отложения минеральных источников – известковые туфы и т. д.

Органогенные породы - обязаны своим происхождением жизнедеятельности организмов и растений. Наиболее распространены карбонатные породы – различные известняки (коралловые, ракушечные и др.), мел, доломиты и смеси их с глинами – мергели; диатомит - кремнистые породы морского или озерного происхождения и опока.

2.3 Метаморфические горные породы – это существенно видоизмененные магматические или осадочные горные породы. Метаморфизм – преобразование горных пород, происходящее в недрах земной коры под влиянием высоких температур и давлений. В этих условиях может происходить кристаллизация минералов без их плавления. Главными факторами метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества-растворы и газы, под действием которых породы любого состава и генезиса (магматические, осадочные или уже метаморфизированные) подвергаются изменениям.