Лекция № 4 ПРИРОДНЫЙ КАМЕНЬ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И

Лекция № 4 ПРИРОДНЫЙ КАМЕНЬ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И АРХИТЕКТУРЕ

ПРИРОДНЫЙ КАМЕНЬ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И АРХИТЕКТУРЕ Вопросы: 1. Понятие минералов. 2. Классификация минералов. 3. Виды минералов, их свойства, применение.

1. Минералы. Классификация , свойства, применение.

МИНЕРАЛЫ Минералы представляют собой природные физически и химически однородные тела, образовавшиеся в земной коре в результате совершающихся физико-химических процессов. Каждый минерал образуется в определенных физико-химических условиях (т. е. при определенных значениях температуры, давления и концентрации химических элементов в системе). В большинстве своем минералы — твердые тела, иногда жидкие тела или газообразные. Всего в природе встречается более 2000 минералов. Из множества встречающихся в природе минералов сравнительно небольшое их количество, около 50, образуют основную массу горных пород различного происхождения. Такие минералы выделяются в группы основных породообразующих.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРОДООБРАЗУЮЩИХ МИНЕРАЛОВ Минералы Сульфаты. Оксиды Железисто- магнезиаль ные. Алюмосили -каты Карбонат ы

Виды минералов, их свойства, применение

3. МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ОКСИДОВ Группа кварца Кварц Разновидности кварца: — Горный хрусталь — Кремень — Халцедон — Яшма — Агат Опал Группа глинозема Корунд Разновидности корунда: — Лейкосапфир (бесцветный) — Сапфир (синий) — Рубин (красный) — Топаз (желтй) — Аметист (фиолетовый) — Изумруд (зеленый) Диаспор

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ОКСИДОВ Разновидности кварца: Горный хрусталь — прозрачные, как вода, и бесцветные. Окрашенные прозрачные разновидности кварца являются драгоценными камнями: — аметист (фиолетовый цвет), — компастельский рубин (красный цвет), -морион (темно-коричневый цвет), -раухтопаз (дымчатый прозрачный кристалл), -цитрин (лимонно-желтый цвет), сердолик (полупрозрачные кристаллы красного, розово-красного и бледно-розового цветов).

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ОКСИДОВ Декоративный шар — профильное изделие сферической формы. Шары (цельные, но чаще составные), в основном, из гранита используют при оформлении фасадов зданий, фонтанов, набережных, в ландшафтной архитектуре. Декоративные шары из агата

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ОКСИДОВ Рис. Облик минералов кварца: а, б – горный хрусталь; в — кварц с гельвином; г – кварц дымчатый аметистовидный; д, е — друзы кварцаа б в г д е

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ОКСИДОВ Текстура агата Определяющий декоративный признак агата как ювелирно-поделочного камня—полосчатый рисунок, обусловленный зональным сложением камня.

ТЕКСТУРА АГАТА Декоративные качества агата зависят от характера расположения полос, их ширины и цвета, четкости рисунка, степени контрастности окраски, просвечиваемости камня, а также от наличия инородных включений эффектно дополняющих рисунок. Текстурный рисунок может быть проявлен в различной степени, он может быть как неясным (иногда практически незаметным), нечетким, с нерезкими границами зон, так и ясно выраженным, четким. По ширине полос различаются: — микро— (ширина полос менее 0, 5 мм), — тонко— (от 0, 5 до 1 мм), — широко— (более 1 мм), — грубо— (более 10 мм), -разнополосчатые (от долей миллиметра до нескольких сантиметров) агаты. Макроскопически видимая ширина полос не всегда истинная. Обычно под микроскопом сантиметровые и близкие к ним по ширине (0, 5— 1, 5 мм и более) зоны—полосы обнаруживают микрослоистое строение. Так иногда в зоне шириной в 1 см присутствует до 7000 слоев.

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ОКСИДОВ. ЯШМА. Яшма и его применение

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ОКСИДОВ. ЯШМА. Яшмы с характерным рисунком называют «пейзажными» .

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ОКСИДОВ. ЯШМА. Текстура. Яшмы с характерным рисунком называют «пейзажными» . Яшма с примесями берлинской лазури известна как немецкий или швейцарский ляпис. Она часто служит имитацией лазурита. Празем — тоже разновидность зеленой яшмы. В зависимости от характера расцветки выделяют парчевые и пестроцветные яшмы. Цвет и окрас яшмы. Окраска яшмы — непрозрачной разновидности кварца — весьма разнообразна. Она может быть красной, синей, зеленой, фиолетовой, белой и даже черной. Бывают яшмы одноцветные, но чаще это пестрые камни с разноцветными полосами или пятнами.

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ОКСИДОВ. ЯШМА. Яшма имеет пеструю текстуру и окрас, так как в его состав может входить до 20% различных включений. Не случайно название камня восходит к древнегрегреческому слову iaspis — «пестрый» . За характерные полосы и разводы яшму на Руси называли также «тигровым камнем» . Различают агатовые яшмы; иначе их называют «яшмовым агатом» , хотя в отличие от агатов в яшмах нет концентрических окружностей, очертания полос менее четки. Яшму черного цвета из Северной Каролины (США) называют базанитом. Яшму темного цвета с красноватыми включениями называют «кровавой» . Другое ее наименование — гелиотроп или «мясной агат» .

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ОКСИДОВ. КРЕМЕНЬ. КОРУНД. КРЕМЕНЬ КОРУНД

МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ ОКСИДОВ. КРЕМЕНЬ. КОРУНД. Корунд, занимающий по твердости второе место и уступающий в этом отношении лишь алмазу, широко известен под названиями «сапфир» и «рубин» и удерживает ведущее положение среди цветных драгоценных камней. Яркий блеск рубина и восхитительная окраска сапфира непревзойденны, и замечательно, что один и тот же минерал славится столь различными, но одинаково великолепными цветами. По химическому составу корунд представляет собой глинозем — окись алюминия Al 2 O 3. Кроме того, он обычно содержит небольшую примесь трехвалентного железа, хрома и других металлов. Чистый корунд бесцветен. Чудные цвета, составляющие славу этого минерала, обязаны своим происхождением мельчайшим следам других минералов. Давно предполагалось, что хром является причиной окраски рубина, и это подтвердилось опытах по синтезу этого драгоценного камня, проводившихся «с применением окиси хрома в качестве окрашивающего агента. Как уже было отмечено выше, этот минерал известен в минералогии как корунд, причем его синяя разновидность называется сапфиром, а красная — рубином. По химическому составу корунд представляет собой глинозем — окись алюминия Al 2 O 3. Кроме того, он обычно содержит небольшую примесь трехвалентного железа, хрома и других металлов. Чистый корунд бесцветен. Чудные цвета, составляющие славу этого минерала, обязаны своим происхождением мельчайшим следам других минералов.

МИНЕРАЛЫ ГРУПППЫ АЛЮМОСИЛИКАТОВ Полевые шпаты: — Ортоклаз — Плагиоклаз (альбит, лабрадор, анортит) Слюды: — мусковит, — биотит, — вермикулит Глинистые минералы: — Каолинит — Монтмориллонит — Галлуазит

ГРУППА ЖЕЛЕЗИСТО-МАГНЕЗИАЛЬНЫХ СИЛИКАТОВ Роговая обманка Авгит Оливин Хризотил-асбест

ГРУППА КАРБОНАТОВ Кальцит – Ca. CO 3 Магнезит – Mg. CO 3 Доломит — Ca. CO 3 ·Mg. CO

ГРУППА СУЛЬФАТОВ Гипс — Ca. SO 4 ∙ 2 H 2 O Ангидрит — Ca. SO

СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ Плотность Структура Прочность Твердость Химстойкость Спайность Облик кристаллов Цвет минералов и цвет черты Прозрачность Блеск минералов Например для кварца: Плотность – 2, 65 г/см 3 Структура – кристаллическая Прочность – 2000 МПа Твердость – Н=7 (по шкале Мооса) Химстойкость – устойчив против воздействия кислот и щелочей Спайность — отсутствует Облик кристаллов- шестигранная призма с пирамидой на конце в виде «заостренного карандаша» Цвет минералов – водянисто-прозрачный, дымчатый, молочный, фиолетовый, черный. Прозрачность — прозрачный Блеск — стеклянный

2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ Классификация горных пород.

Обломочные Механические отложения Массивные Глу бин ны е (ин тру зив ны е ) Цемен -тиров анные. Рыхлы е. Изл ив ши еся (эф фу зив ны е) Измененны е осадочные Измененные изверженные Ры хл ые Це ме нт ир ов ан ны е Химические осадки Органогенные отложения. Горные породы Изверженны е Метаморфически е. Осадочные

3. ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРЫ И УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

3. 1. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ИЗВЕРЖЕННЫХ ПОРОД, ИХ РАЗНОВИДНОСТИ, ПРИМЕНЕНИЕ

ФОРМИРОВАНИЕ ГЛУБИННЫХ (ИНТРУЗИВНЫХ) МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД Глубинные (интрузивные) породы образовались в результате медленного остывания магмы на большой глубине от поверхности земли в условиях действия высоких температур и значительных давлений вышележащих слоев земли. Такие условия были благоприятны для кристаллизации минералов, составляющих породу, поэтому глубинные породы массивны, очень плотны и состоят обычно из тесно сросшихся более или менее крупных кристаллов, различимых невооруженным глазом. Эти породы обладают большой средней плотностью, высокой прочностью и морозостойкостью, малым водопоглощением, большой теплопроводностью и атмосферостойкостью. Рmax T=1200 о С магма I

ФОРМИРОВАНИЕ ГЛУБИННЫХ (ИНТРУЗИВНЫХ) МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД

ГЛУБИННЫЕ ПОРОДЫ Глубинные породы Представителями глубинных пород являются: — граниты, -сиениты, -диориты, -габбро, -лабрадориты Граниты — это глубинные кислые магматические породы, наиболее распространенные на земле, они имеют ярко выраженное зернисто-кристаллическое строение.

ГЛУБИННЫЕ ПОРОДЫ Гранит (красный) Гранит (серый) Сиенит Диорит Габбро

ГЛУБИННЫЕ ПОРОДЫ

ЛАБРАДОРИТ

СТРУКТУРА ГЛУБИННЫХ ИНТРУЗИВНЫХ ПОРОД Структура глубинных пород — полнокристаллическая. Такую структуру называют гранитной. В граните даже невооруженным глазом можно различить три основных минерала: кварц, полевые шпаты, слюду, иногда в его составе можно обнаружить роговую обманку и авгит, заменяющие слюду. Классический состав гранита: — К – кварц (20 -40%), — О – полевой шпат (40 -70%) — С – слюда (биотит или мусковит) (5 -20%).

СВОЙСТВА ГЛУБИННЫХ ПОРОД Водопоглощение – менее 1% Морозостойкость свыше

ПРИМЕНЕНИЕ ГЛУБИННЫХ ПОРОД Широко применяются в строительстве: — как щебень для изготовления высокопрочного и морозостойкого и асфальтовых бетонов, — облицовочных плит, ступеней, -плит для полов, — бутового камня для кладки стен и фундаментов. Гранит используют для облицовки гидротехнических сооружений, набережных, опор мостов, туннелей, цоколей и др. частей зданий, монументальных сооружений. Сиенит – применяют как щебень для высокопрочного бетона, покрытия ж/дорожного полотна. Диориты отличаются повышенной ударной вязкостью и устойчивостью против выветривания, имеют мелко-среднезернистое строение, хорошо полируются. Их применяют в дорожном строительстве, реже для облицовки и архитектурных деталей. Габбро – широко используется для облицовки зданий, архитектурных деталей, элементов дорожного покрытия. Лабрадорит – отличается яркими переливами цветов: серого, голубого, зеленого и др. Применяется в качестве декоративного камня и как ценный облицовочный материал.

Фактура гранита

Гранитная крошка на плитах «Краспан»

Текстура лабрадора

Текстура хибинита

Хибинит Это один из ценнейших видов природного камня России, по прочности не уступающий гранитам. По мнению специалистов, хибинит является облицовочным камнем международного класса. Его эстетические свойства соответствуют современной архитектурной моде в Европейских странах, а также в странах Азии.

Хибиниты — это равномерно-крупнозернистые нефелиновые сиениты. Изысканно освежающий цвет морской волны с постоянной равномерностью и наличие в больших количествах блоков хорошей величины и формы делают хибинит чрезвычайно престижным, редчайшим и надежным видом высокопрочного природного камня. Высокая прочность, низкая истираемость, однородность и способность к отличной (зеркальной) полировке при отсутствии в хибините кварца определяют его высокую технологичность при обработке и исключительную надежность в эксплуатации.

ФОРМИРОВАНИЕ ИЗЛИВШИХСЯ (ЭФФУЗИВНЫХ) МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД Плотные излившиеся (эффузивные) горные породы образовались в верхних слоях земной коры и на ее поверхности при отсутствии давления и при быстром охлаждении магмы. В этих условиях не успевали образовываться крупные кристаллы и часть расплава застывала в вид аморфной массы и обычно возникала скрытно кристаллическая ил] стеклообразная структура. Р атм Т = +20 о С II II I магма

ФОРМИРОВАНИЕ ИЗЛИВШИХСЯ (ЭФФУЗИВНЫХ) МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД В некоторых случаях кристаллизация протекает две фазы: — первая — медленно (на глубине); — вторая — быстро (на поверхности). В результате этого получается порфировая (неравномерная) структура породы, представляющая собой скрытно-кристаллическую или даже стекловидную массу, в которую включены более крупные кристаллы «вкрапленники» , образовавшиеся в магме при подъеме ее из глубины. Плотные излившиеся горные породы по показателям свойств близки глубинным горным породам. 1 234 1 – кварц, 2 – полевой шпат, 3 – слюда, 4 — стеклофаза

ПОРФИРОВАЯ СТРУКТУРА Отличительной особенностью порфировой структуры является распределение кристаллических включений на фоне стеклофазы, иногда такую структуру называют «плавающей» . Наиболее яркий представитель этой структуры – порфир.

ИЗЛИВШИЕСЯ ПОРОДЫ Порфиры, Трахиты, Андезиты, Диабазы, Базальты. Порфиры – применяют в городском и дорожном строительстве в виде щебня, камней и декоративных плит. Трахиты, андезиты – сходны соответственно с сиенитом и диоритом, но более пористы, легче выветриваются, имеют светло-желтую или серую окраску, кислотостойки. Применяют как стеновой материал, при получении щебня для кислотоупорного бетона.

ИЗЛИВШИЕСЯ ПОРОДЫ Диабазы – (аналоги габбро) – плотные кристаллические породы с зернами различной крупности. Отличаются высокой прочностью Rсж= 200 -300 МПа, Тпл=1200 о С. Применяют для получения минеральной ваты, каменного литья, в дорожном строительстве (брусчатка на Красной Площади в Москве). Базальты — это самые распространенные излившиеся породы. Структура – порфировая или скрытно-кристаллическая. Цвет темно-серый до черного. Прочность R сж = 150 -500 МПа, Т пл = 1200 о С. Применяют – для получения минеральной ваты ( «ROCKWOLL» ), для облицовки цокольной части здания и фасадов, лестничные марши, мощения набережных, щебень для бетона.

ИЗЛИВШИЕСЯ ПОРОДЫ

ИЗЛИВШИЕСЯ ПОРИСТЫЕ ОБЛОМОЧНЫЕ ПОРОДЫ Рыхлые: – вулканические пеплы, -пески, -пемза Цементированные: — вулканические туфы, — туфовые лавы

Воронцовский дворец в Крыму

Применение базальта для облицовки

Изображение исторических камней из изверженных пород

Палермский и Розеттский камень Палермский камень является важнейшим источником по хронологии Древнего Египта, содержит ценные сведения об экономической, военной и религиозной политике фараонов. В первой строке камня упоминаются семь додинастических фараонов, среди них: Вазнер (правил между 3100 и 3050 годами до н. э. ), Хсекиу, Теш, правившие Нижним Египтом в конце IV тысячелетия до н. э. Розеттский камень найден 15 июля в 1799 г. в Египте близ небольшого городка Розетта (ныне Рашид), недалеко от Александрии. Камень представляет собой гранитную плиту с выбитыми на ней тремя идентичными по смыслу текстами. Розеттский камень хранится в Британском музее. Размер — 118× 77× 30 см; масса — около 750 кг. Текст камня представляет собой благодарственную надпись, которую в 196 г. до н. э. египетские жрецы адресовали Птолемею V Епифану, очередному монарху из династии Птолемеев.

ОБЛОМОЧНЫЕ ВУЛКАНИЧЕСКИЕ

Применение вулканических туфов

Применение вулканических туфов

3. 2. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД, ИХ РАЗНОВИДНОСТИ, ПРИМЕНЕНИЕ

УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД По условиям образования делятся на: — механические, — химические, — органогенные

УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД Образовались в результате химических, физико-химических и биохимических процессов, протекающих на поверхности земной коры. Эти процессы происходили как в водных бассейнах, так и на континентах. Механические осадки — образовались в результате разрушения, переноса и накопления обломков горных пород и других продуктов выветривания. В дальнейшем часть из них подвергалась цементированию. Химические осадки – образовались в результате кристаллизации солей из пересыщенных растворов в замкнутых водоемах (озерах, морских лагунах) или в местах выхода минеральных источников на поверхность земли. Органогенные отложения – образовались в результате отмирания и преобразования остатков некоторых водорослей и животных организмов (скелеты губок, кораллы, панцири, раковины и др. ) и с последующим их уплотнением и цементацией.

ВИДЫ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД Механические: — рыхлые (гравий, щебень, песок, пыль, ил, глины) -сцементированные (песчаники, конгломераты, брекчии) Химические – известковые туфы, магнезит, доломит, гипс, ангидрит. Органогенные – известняки, мергели, мраровидные известняки, известняк ракушечник, мел, диатомиты, трепел.

3. 3. Условия образования метаморфических пород, их разновидности, применение.

УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД Метаморфические (видоизмененные горны породы) образовались в результате преобразования осадочных и изверженных пород под действием высоких температур и больших давлений, а также под влиянием внедрения магмы в толщу ранее образовавшихся пород. В таких условиях метаморфизма изменялся минералогический, иногда химический состав пород, происходила перекристаллизация минералов (без их плавления), изменялась структура. В результате формировались породы, обычно более плотные, чем, например, исходные осадочные.

ВИДЫ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД В строительстве наиболее широко применяют: — мраморы, — кварциты, — гнейсы, — глинистые сланцы.

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ КАМНЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И АРХИТЕКТУРЕ

Комплекс «Алые паруса». Отделка внутренних помещений жилого комплекса «Алые паруса» , г. Москва, выполнена на высоком профессиональном и эстетическом уровне. Напольное покрытие из мрамора.

Жилой дом в Москве. Внешняя отделка, травертин Внешняя и внутренняя отделка травертином. Внешняя отделка придаёт строгий античный вид всему зданию.

Жилой дом в Москве. Внешняя отделка, травертин Внешняя и внутренняя отделка травертином. Внешняя отделка придаёт строгий античный вид всему зданию.

Кафе «Calvados» в Москве. В наружной отделке фасада кафе «Calvados» использован травертин. Каменный фасад придаёт зданию строгий благородный вид. Изысканный блеск фасада. Травертин создаёт домашний уют и комфорт.

Кафе «Calvados» в Москве. В наружной отделке фасада кафе «Calvados» использован травертин. Каменный фасад придаёт зданию строгий благородный вид. Изысканный блеск фасада. Травертин создаёт домашний уют и комфорт.