План.
Вариант №6.
1. Классификация минералов и условия их образования: главнейшие породообразующие минералы экзогенного и эндогенного происхождения.
2. Ледники, их геологическая роль, распределение. Породы, образование в результате работы ледников эпохи оледенения.
3. Инженерно-геологические исследования для промышленного и гражданского строительства.
4. Лабораторные методы определения деформационных и прочностных свойств грунтов.
5. Структура, текстура, вещественный состав химических и биохимических осадочных пород.
6. Приток напорных вод в совершенный колодец.
Введение.
Геология – комплекс наук о составе, строении. Истории развития Земли, движениях земной коры и размещении в недрах Земли полезных ископаемых. Основным объектом изучения, исходя из практических задач человека, является земная кора.
В последние десятилетия особое развитие получила инженерная геология – наука, изучающая свойства горных пород (грунтов), природные геологические и техногенно-геологические (инженерно-геологические) процессы в верхних горизонтах земной коры в связи со строительной деятельностью человека.
Главная цель инженерной геологии – изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологической среде, и в первую очередь в породах, в процессе строительства и при эксплуатации сооружений. В современных условиях ни одно здание или сооружение не может быть спроектировано, построено и надежно эксплуатироваться без достоверных и полных инженерно-геологических материалов.
1. Классификация минералов и условия их образования: главнейшие породообразующие минералы экзогенного и эндогенного происхождения.
Минерал – природное тело с определенным химическим составом и кристаллической структурой, образующееся в результате природных физико-химических процессов и являющееся составной частью земной коры, горных пород, руд, метеоритов. Изучением минералов занимается наука минералогия.
В земной коре содержится более 7000 минералов и их разновидностей. Большинство из них встречаются редко и лишь немногим более 100 минералов встречаются часто и в достаточно больших количествах, входят в состав тех или иных горных пород. Такие минералы называют породообразующими.
Происхождение минералов. Условия, в которых образуются минералы в природе, отличаются большим разнообразием и сложностью. Различают три основных процесса минералообразования: эндогенный, экзогенный и метаморфический.
Эндогенный процесс связан с внутренними силами Земли и проявляется в ее недрах. Минералы формируются из магмы – силикатного огненно-жидкого расплава. Таким путем образуются, например, кварц и различные силикаты. Эндогенные минералы обычно плотные,с большой твердостью, стойкие к воде, кислотам, щелочам.
Экзогенный процесс свойственен поверхности земной коры. При этом процессе минералы формируются на суше и в море. В первом случае их создание связано с процессом выветривания, т.е. разрушительным воздействием воды, кислорода, колебаний температуры на эндогенные минералы. Таким образом образуются глинистые минералы (гидрослюда, каолинит и др.), различные железистые соединения (сульфиды, оксиды химический осадков из водных растворов (галит, сильвин и др.). в экзогенном процессе ряд минералов образуется также за счет жизнедеятельности различных организмов (опал и др.).
Экзогенные минералы разнообразны по свойствам. В большинстве случаев они имеют низкую твердость, активно взаимодействуют с водой или растворяются в ней.
Метаморфический процесс. Под воздействием высоких температур и давлений, а также магматических газов и воды на некоторой глубине в земной коре происходит преобразование минералов, ранее образовавшихся в экзогенных процессах. Минералы изменяют свое первоначальное состояние, перекристаллизовываются, приобретают плотность, прочность. Так образуются многие минералы-силикаты (роговая обманка, актинолит и др.).
Классификация минералов. Существует много вариантов классификаций минералов. Наиболее широко используется классификация по химическому составу и кристаллической структуре. Вещества одного химического типа часто имеют близкую структуру, поэтому минералы сначала делятся на классы по химическому составу, а затем на подклассы по структурным признакам.
Все минералы разделяют на 10 классов.
Силикаты – наиболее многочисленный класс, включающий до 800 минералов, являющихся основной частью большинства магматических и метаморфических пород. Среди силикатов выделяют группы минералов, характеризующиеся некоторой общностью состава и строения – полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды, а также оливин, тальк, хлориты и глинистые минералы. Все они по своему составу алюмосиликаты.
Карбонаты. К ним относится более 80 минералов. Наиболее распространены кальцит, магнетизм, доломит. Происхождение в основном экзогенное и связано с водными растворами. В контакте с водой они немного снижают свою механическую прочность, хотя и слабо, но растворяются в воде, разрушаются в кислотах.
Оксиды и гидроксиды. Эти два класса объединяют около 200 минералов, на их долю приходится до 17% всей массы земной коры. Наибольшее распространение имеют кварц, опал и лимонит.
Сульфиды насчитывают до 200 минералов. Типичный представитель пирит. Сульфиды в зоне выветривания разрушаются, поэтому их примесь снижает качество строительных материалов.
Сульфаты. Этот класс объединяет до 260 минералов, происхождение которых связано с водными растворами. Характеризуются небольшой твердостью, светлой окраской. Сравнительно хорошо растворяются в воде. Наибольшее распространение имеют гипс и ангидрит. При соприкосновении с водой ангидрит переходит в гипс, увеличиваясь в объеме до 33%.
Галоиды содержат около 100 минералов. Происхождение связано в основном с водными растворами. Наибольшее распространение имеет галит. Может быть составной частью осадочных пород, легко растворяется в воде.
Минералы классов фосфатов, вольфраматов и самородных элементов встречаются гораздо реже, чем другие.
2. Ледники, их геологическая роль, распределение. Породы, образование в результате работы ледников эпохи оледенения.
Геологические данные говорят о том, что в древние времена оледенение Земли было значительным. На протяжении последних 500-600 тыс. лет на территории Европы насчитывают несколько больших оледенений. Ледники надвигались из района Скандинавии.
В настоящее время льды занимают 10% поверхности суши, 98,5% ледниковой поверхности приходится на полярные области и лишь 1,5% - на высокие горы. Различают три типа ледников: горные, плоскогорий и материковые.
Горные ледники образуются высоко в горах и располагаются либо на вершинах, либо в ущельях, впадинах, различных углублениях. Такие ледники имеются на Кавказе, Урале и т.д.
Лед образуется за счет перекристаллизации снега. Он обладает способностью к пластическому течению, образуя потоки в форме языков. Движение ледников вниз по склонам ограничивается высотой, где солнечного тепла оказывается достаточно для полного таяния льда. Для Кавказа, например, эта высота составляет на западе 2700 м, на востоке – 3600 м. Скорость движения горные ледников различна. На Кавказе, например, она составляет 0,03-0,35 м/сут, на Памире – 1-4 м/сут.
Ледники плоскогорий образуются в горах с плоскими вершинами. Лед залегает нераздельной сплошной массой. От него по ущельям спускаются ледники в виде языков. Такого типа ледник, в частности, располагается сейчас на Скандинавском полуострове.
Материковые ледники распространены в Гренландии, Шпицбергене, Антарктиде и других местах, где сейчас протекает современная эпоха оледенений. Льды залегают сплошным покровом, мощностью в тысячи метров.
Геологическая деятельность льда велика и обусловлена главным образом его движением, несмотря на то, что скорость течения льда примерно в 10000 раз медленнее, чем воды в реках при тех же условиях.
Строительные свойства ледниковых отложений. Моренные (грубые, неоднородные, неслоистые обломочные материалы) и флювиогляциальные (водно-ледниковые) отложения являются надежным основанием для сооружений различного типа. Валунные суглинки и глины, испытавшие на себе давление мощных толщ льда, находятся в плотном состоянии и в ряде случаев даже переуплотнены. Пористость валунные суглинков не превышает 25-30%. На валунных суглинках и глинах здания и сооружения испытывают малую осадку. Эти грунты слабоводопроницаемы и часто служат водоупором для подземных вод.
Такими высокими прочностными свойствами обладают практически все разновидности отложений морен.
Флювиогляциальные отложения со строительной точки зрения хотя и уступают моренным глинистым грунтам по прочности, но являются надежным основанием. Для этого успешно используют различные песчано-гравелистые и глинистые отложения озов и зандров. Некоторое исключение составляют покровные суглинки и ленточные глины. Покровные суглинки легко размокают. Ленточные глины достаточно плотны, слабо водопроницаемы, но могут в условиях насыщения водой быть текучими.
Ледниковые отложения успешно используют как строительный материал (камень, пески, глины); пески озов, камов и зандров пригодны для возведения насыпей и для изготовления бетона. Валуны хороший строительный камень. Имеются примеры использования валунов для изготовления монолитных пьедесталов памятников.
3. Инженерно-геологические исследования для промышленного и гражданского строительства.
Основной задачей инженерно-геологических исследований для промышленного и гражданского строительства является получение информации о инженерно-геологических условиях территории, к которым относятся: рельеф, породы и их свойства, подземные воды, геологические и инженерно-геологические процессы и явления, а также прогноз изменения этих условий под влиянием инженерной деятельности человека.
Инженерно-геологические исследования проводятся последовательно,
в соответствии со стадией проектирования. Детальность исследований возрастает при переходе от одной стадии к другой, изменяются и методы инженерно-геологических исследований.
На начальной стадии инженерных изысканий основным видом инженерно-геологических исследований является инженерно-геологическая съемка, позволяющая в сжатые сроки и при небольших затратах средств оценить инженерно-геологические условия.
При инженерно-геологической съемке на изучаемой территории выделяют, изучают и прослеживают породы, условия залегания их, рельеф, подземные воды, геологические и инженерно-геологические процессы и изображают их на инженерно-геологической карте.
Важно уяснить, что состав и объем инженерно-геологических исследований зависит от сложности инженерно-геологических условий, стадии проектирования, степени изученности района и других факторов.
Следует обратить внимание на значительную сложность инженерно-геологических исследований в районах развития карста, оползней, погребенных долин, где все изыскания проводятся на более значительную глубину, чем при исследованиях в районах с более благоприятными инженерно-геологическими условиями.
4. Лабораторные методы определения деформационных и прочностных свойств грунтов.
Прочность грунтов оценивается максимальной нагрузкой, приложенной к нему в момент разрушения (потери сплошности). Эта характеристика называется пределом прочности R c МПа, или временным сопротивлением сжатию.
На прочность грунтов влияют:
минеральный состав
характер структурных связей
трещиноватость
степень выветрелости
степень размягчаемости в воде и др.
Для нескальных грунтов другой важной характеристикой прочности является сопротивление сдвигу. Определение этого показателя необходимо для расчета устойчивости оснований, т.е. несущей способности, а также для оценки устойчивости грунтов в откосах строительных котлованов, расчета давления грунта на подпорные стены и т.д.
Деформационные свойства характеризуют поведение грунтов под нагрузками, не превышающими критические и не приводящими к разрушению. Деформируемость грунтов зависит, как от сопротивляемости и податливости структурных связей, пористости, так и от способности деформироваться слагающих их материалов. Деформационные свойства грунтов оцениваются модулем деформации Е, МПа.
Грунты определяют устойчивость возводимых на них зданий и сооружений, поэтому необходимо правильно определять характеристики, которые обуславливают прочность и устойчивость грунтов при их взаимодействии со строительными объектами.
Образца грунтов для лабораторных исследований отбираются по слоям грунтов в шурфах в буровых скважинах, которые располагают на строительных площадках.
В лабораторию образцы грунтов доставляют в виде монолитов или рыхлых проб. Монолиты – это образцы грунтов с ненарушенной структурой. Такие монолиты отбираются в скальных и связных (пылевато-глинистых) грунтах. Размеры монолитов должны быть не меньше установленных норм. Так, для определения сжимаемости грунта, пробы, отбираемые в шурфах, должны иметь размеры 20×20×20 см. в монолитах пылевато-глинистых грунтов при этом должна быть сохранена природная влажность. Это достигается созданием на их поверхности водонепроницаемой парафиновой или восковой оболочки. В рыхлых грунтах (песок, гравий) образцы отбираются в виде проб определенной массы. Так, для проведения гранулометрического анализа песка необходимо иметь пробу не менее 0,5 кг.
В лабораторных условия можно определять все физико-механические свойства. Каждая характеристика этих свойств определяется согласно ГОСТу, например, природная влажность и плотность грунта – ГОСТ 5180-84, предел прочности – ГОСТ 17245-79, гранулометрический (зерновой) и микроагрегатный состав – ГОТ 12536-79 и т.д.
Лабораторные исследования на сегодня остаются основным видом определения физико-механических свойств грунтов. Ряд характеристик, например, природная влажность, плотность частиц грунта и некоторые другие определяются только в лабораторных условиях и с достаточно высокой точностью. В тоже время лабораторные исследования грунтов имеют свои недостатки:
они довольно трудоемки и требуют больших затрат времени;
результаты отдельных анализов, например, определение модуля общей деформации, не дает достаточно точных результатов, что бывает связано с неправильным отбором монолитов, неправильным их хранением, низкой квалификацией исполнителя анализа;
определения свойств массива грунта по результатам анализов небольшого количества образцов не позволяют получать верное представление о его свойствах в целом.
Это связано с тем, что однотипные грунты, даже в пределах одного массива, все же имеют известные различия в своих свойствах.
5. Структура, текстура, вещественный состав химических и биохимических осадочных пород.
Горные породы представляют собой природные минеральные агрегаты, которые «рождаются» в земной коре.
По своему происхождению их делят на три типа: магматические, осадочные и метаморфические. В земной коре магматические и метаморфические породы занимают 95% от общей ее массы. Осадочные породы располагаются непосредственно на поверхности Земли, покрывая собой в большинстве случаев магматические и метаморфические породы.
Осадочные горные породы. Любая находящаяся на земной поверхности порода подвергается выветриванию, т.е. разрушительному воздействию воды, колебаний температур и т.д. в результате даже самые массивные, прочные магматические породы постепенно разрушаются, образуя обломки разных размеров и распадаясь до мельчайших частиц.
Продукты разрушения переносятся ветром, водой и на определенном этапе переноса отлагаются, образуя рыхлые скопления или осадки. Накопление происходит на дне рек, морей, океанов и на поверхности суши. Из рыхлых скоплений (осадков) с течением времени формируются различные осадочные породы.
Осадочные породы слагают самые верхние слои земной коры, покрывая своеобразным чехлом породы магматического и метаморфического происхождения. Несмотря на то, что осадочные породы составляют всего 5% земной коры, земная поверхность на 75% своей площади покрыта именно этими породами, в связи с чем строительство и производится в основном на осадочных породах. Инженерная геология этим породам уделяет наибольшее внимание.
Осадочные породы принято подразделять на три основные группы:
1) обломочные;
2) химического происхождения (хемогенные);
3) органогенные, возникшие в результате жизнедеятельности организмов.
Это деление несколько условно, так как многие породы имеют смешанное происхождение, например, отдельные известняки содержат в своем составе материал органогенного, химического и обломочного характера.
Хемогенные породы образуются в результате выпадения их водных растворов химических осадков. Такой процесс происходит в водах морей, континентальных усыхающих бассейнов, соленых источниках и т.д. к таким породам относятся различные известняки, известковый туф, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др. общей для этих пород особенностью является их растворимость в воде, трещиноватость.
Наиболее распространенными породами являются известняки, которые по своему происхождению могут быть также обломочными, органогенными.
Органогенные (биохемогенные) породы образуются в результате накопления и преобразования остатков животного мира и растений, отличаются значительной пористостью, многие растворяются в воде, обладают большой сжимаемостью. К органогенным породам относятся известняк-ракушечник, диатомит.
6. Приток напорных вод в совершенный колодец.
Воды, находящиеся в верхней части земной коры, носят название подземных вод. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движение, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами называют гидрогеологией.
Классификаций подземных вод существует несколько, но главных из них две. Подземные воды подразделяют: по характеру их использования и по условиям залегания в земной коре. В число первых входят хозяйственно-питьевые воды, технические, промышленные, минеральные, термальные. Ко вторым относят: верховодки, грунтовые и межпластовые воды, а также воды трещин, карста, вечной мерзлоты. В инженерно-геологических целях подземные воды целесообразно классифицировать по гидравлическому признаку – безнапорные и напорные.
Межпластовые напорные воды. Эти воды располагаются в водоносных горизонтах между водоупорами. Они бываю ненапорными и напорными (артезианскими).
Межпластовые ненапорные воды встречаются сравнительно редко. Они связаны с горизонтально залегающими водоносными слоями, заполненными водой полностью или частично.
Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей и моноклиналей. Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном.
Приток напорных вод к водозаборным сооружениям. Водозаборы – это сооружения, с помощью которых происходит захват (забор) подземных вод для водоснабжения, отвод их с территории строительства или просто в целях понижения уровней грунтовых вод. Существуют различные типы подземных водозаборных сооружений: вертикальные, горизонтальные, лучевые.
К вертикальным водозаборам относят буровые скважины и шахтовые колодцы, к горизонтальным – траншеи, галереи, штольни, к лучевым – водосборные колодцы с водоприемными лучами-фильтрами. Тип сооружения для забора подземной воды выбирают на основе технико-экономического расчета, исходя из глубины залегания водоносного слоя, его мощности, литологического состава водоносных пород и намечаемой производительности водозабора.
Водозаборы, состоящие из одной скважины, колодца и т.д., называют одиночными, а из нескольких – групповыми.
Водозаборные сооружения, вскрывающие водоносный горизонт на полную его мощность, являются совершенными, а не на полную – несовершенными.
Отвод грунтовых вод со строительных площадок или снижение их уровней может производиться временно, только на период производства строительных работ или практически на весь период эксплуатации объекта. Временный отвод воды (или снижение уровня) называют строительным водозабором, а во втором случае – дренажами.
Водозаборные колодцы. Колодцы и траншеи, дно которых достигает водоупоров, называют совершенными; если дно располагается выше водоупора, то несовершенными. Уровень воды в колодце до откачки называют статическим, а уровень, пониженный в процессе откачки, - динамическим.
Если из колодца вода не откачивается, то ее уровень находится в одном положении с поверхностью грунтового потока. При откачке воды возникает депрессионная воронка, уровень воды в колодце понижается. Производительность колодца определяется величиной дебита. Под дебитом колодца понимают то количество воды, которое он может дать за единицу времени. При откачке воды в количестве большем, чем величина дебита, т.е. больше того, что притекает к колодцу из водоносного слоя в единицу времени, уровень резко понижается. На некоторое время колодец может остаться без воды.
Приток воды (дебит) к совершенному колодцу определяют по формуле
Q = πk ф [H 2 -h 2 )/lnR-lnr ]
где r – радиус колодца, м.
в несовершенный колодец вода поступает через его стенки и дно. Это усложняет расчет притока. Дебит таких колодцев меньше дебита совершенных колодцев. При откачке вода поступает в колодец только из части водоносного слоя, которую называют активной зоной Н 0 . Глубину активной зоны принимают 4 / 3 высоты столба воды в колодце до откачки. Эти положение позволяют для несовершенного колодца расход рассчитывать по формуле Дюпюи, в интерпритации Паркера:
Q = 1,36k ф [H 2 -h 2 )/lnR-lnr ]
Колодец отдает воду в объеме своего максимального дебита лишь в том случае, если соседние колодцы будут расположены от него на расстоянии не менее двух радиусов влияния.
Список использованной литературы. классификация горных пород учитывает условия их образования , которые предопределяют строение и, ... мрамор), или из многих сложных силикатов. Главные породообразующие минералы представлены кварцем, полевыми шпатами, слюдами...
Горные породы и их виды
Реферат >> ГеологияПонятие горных пород и их классификацию ; - изучить свойства... экзогенных процессов. Сами экзогенные ... Среди главных породообразующих компонентов выделим: 1-реликтовые минералы и... с образованием необратимых остаточных... свойства определяют условия распространения в...
Опишите главнейшие месторождения кремнеземистых материалов
Реферат >> Промышленность, производствоЗначение имеют экзогенные месторождения песка... этом главная их масса... и омыляют их . Основными породообразующими минералами в глинах... дальнейшей классификации . ... условиях высоких давлений и температур, и образование отдельных кристаллов вторичных минералов ...
Инженерная геология. Гидрогеология
Реферат >> ГеологияПроцессы пародо образования и предложил первую классификацию минералов и горных... сейсмические волны. 5.Породообразующие минералы , их свойства Условие образование минералов . Минералы – это природные... земли и является главным экзогенным процессом. Море...
В зависимости от условий твердения минеральные вяжущие вещества подразделяются на три группы:
1. Воздушные
2. Гидравлические
3. Вяжущие автоклавного твердения.
Воздушные вяжущие.
Они твердеют и набирают прочность только на воздухе. Эти вяжущие обладают низкой водостойкостью и могут эксплуатироваться только в сухих условиях.
По химическому составу разделяются на 4 подгруппы:
1. Известковые вяжущие, в основном состоящие из оксида кальция (CaO).
2. Гипсовые вяжущие, в основном состоящие из сульфата кальция (CaSO 4)
3. Магнезиальные,
4. Вяжущие на основе жидкого стекла, представляющие собой силикаты натрия или калия (NaO cdot m SiO_2 или K_2 O cdot m SiO_2)
Гидравлические вяжущие.
Они представляют собой вещества, способные твердеть и набирать прочность не только на воздухе, но и в воде. Они обладают высокой прочностью и водостойкостью и могут эксплуатироваться в любых условиях.
По химическому составу представляют собой сложные соединения. В основном содержат 4 оксида - CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 -Fe 2 O 3 .
В зависимости от состава (каких оксидов больше), гидравлические вяжущие подразделяются на 2 подгруппы:
1. Силикатные цементы, в основном состоящие из силикатов кальция.
◦ Портланд-цемент и его разновидности.
2. Аллюминатные цементы, в основном состоящие из аллюминатов кальция.
◦ Глиноземистый цемент и его разновидности
Вяжущие автоклавного твердения.
Они представляют собой вещества, способные образовывать прочный камень в атмосфере автоклавного синтеза при температуре 175-200 градусов и давлении от 0,8 до 1,3 мегапаскалей. К ним относятся известково-кремнеземистые вяжущие, состоящие из извести и кремнеземистого компонента (песка, шлака или золы).
Воздушные вяжущие.
1.Гипсовые вяжущие вещества.
Гипсовыми называют получаемые из минерального сырья, путем его обжига и помола и содержащие в основном сульфат кальция.
Сырьем для производства гипсовых вяжущих являются горные породы (гипсовый камень CaSO 4 *2H 2 0) и ангидрит (CaSO 4), а также отходы промышленности (фосфогипс). В зависимости от температуры тепловой обработки, гипсовые вяжущие подразделяются на низкообжиговые и высокообжиговые.
1.1. Низкообжиговые гипсовые вяжущие.
Их получают термической обработкой гипсового камня при температуре от 110 до 180 градусов. При этом образуется так называемый полуводный гипс (CaSO 4 *0,5H 2 0). Они обладают невысокой прочностью и водостойкостью. К достоинствам можно отнести хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства, экологическую чистоту и способность регулировать влажность в помещении.
1.1.1.К ним относятся следующие разновидности:
1.1.1.1 Строительный гипс
Его получают тепловой обработкой гипсового камня в открытых варочных котлах или печах. При этом образуется %beta - модификация полуводного гипса с мелкими и плохо сформированными кристаллами, поэтому прочность строительного гипса невысока. Она выражается маркой строительного гипса Г, которая представляет собой предел прочности при сжатии (R сж) половинок гипсовых балочек, размером 4х4х16 сантиметров. Строительный гипс выпускают трех марок: Г3, Г4 и Г5. Это означает, что прочность при сжатии = 3-5 МПа.
Время перехода гипсового теста в камнеподобное состояние называется сроками схватывания. Различают начало и конец схватывания. Начало схватывания - это время, за которое система, вяжущее-вод только начинает терять свою подвижность. Для строительного гипса не ранее 4 минут. Конец схватывания - это время, за которое системой вяжущее-вода подвижность теряется полностью, т.е. система превращается в камень. Для строительного гипса от 6 до 30 минут.
1.1.1.2. Высокопрочный гипс.
Его получают термической обработкой гипсового камня в автоклавах при повышенном давлении. Полуводный гипс образует крупные и правильно сформированные кристаллы - альфа-модификация полуводного гипса. Это приводит к тому, что прочность высокопрочного гипса гораздо выше, чем строительного.
1.1.1.3. Формовочный гипс.
По составу такой же, как и строительный гипс (бета-модификация), но содержит меньше примесей и более тонко размолот. Используется в керамической промышленности для изготовления форм.
1.1.2. Твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих.
Происходит при их взаимодействии с водой. Половинка поды становится двойной нормальной водой. Твердение можно регулировать - замедлять и ускорять. Ускоряют твердение введением электролитов (CaCl, NaCl), или вводят частицы молотого гипсового камня, которые служат дополнительными центрами кристаллизации. Замедляют твердение гипса введением пленкообразующих веществ, затрудняющих доступ воды, например водный раствор столярного клея.
1.1.3. Применение.
Низкообжиговые гипсовые вяжущие используют для штукатурных строительных растворов, изготовления гипсовой плитки и лепнины. Кроме того, из них изготавливают композиционные материалы - гипсоволокнистые листы (ГВЛ) из гипса и распушенной на волокна бумаги и гипсокартон из гипса и плотного картона. Кроме того, изготовляют сухие смеси для отделки стен и потолков, а также клея и затирки гипса.
1.2. Высообжиговые гипсовые вяжущие
Их изготавливают обжигом гипсового камня при температуре 600-1000 градусов. Они обладают более высокой прочностью и водостойкостью в сравнении с низкообжиговыми, но очень медленно твердеют.
К высокообжиговым гипсам относятся:
а) ангидритовый цемент, его получают либо высокотемпературным обжигом гипсового камня, либо помолом горных пород ангидрита.
Это вяжущее крайне медленно твердеет и для ускорения процесса вводят от 3 до 5% извести CaO. Сроки схватывания: начало не ранее 30 минут, конец не позднее 24 часов. Rсж от 5 до 20 Мпа.
б) эстрих-гипс. Его получают обжигом гипсового камня при температуре 800-1000 градусов. 
9Катализатор твердения CaO образуется в процессе обжига, т.е. Исключается технологическая операция его введения. В остальном эстрих-гипс имеет те же свойства и марки, что и ангидритовый цемент.
Применение: для штукатурных растворов, изготовления отделочного материала искусственного мрамора, а также для устройства бесшумных наливных полов.
{известковые, магнезиальные и вяжущие на основе жидкого стекла самостоятельно}
Классификация минералов по химическому составу исходит из химического состава и кристаллического строения
Так как каждый минерал представляет собой определенное химическое соединение с характерной структурой, современная классификация минералов исходит из химического состава и кристаллического строения. Существует десять классов минералов: силикаты, карбонаты, окислы, гидроокислы, сульфиды, сульфаты, галоиды, фосфаты, вольфраматы
и молибдаты, самородные элементы.
Соотношения между количествами минеральных видов по классам и их содержанием в земной коре приводятся в таблице -1. Как видно из этой таблицы, наиболее распространены силикаты и алюмосиликаты, а также оксиды и карбонаты, почти 94% слагающие земную кору, что соответствует общей распространенности химических элементов в природе (см. таблицу-2 . Систематика всех химических элементов земной коры по их количественной роли в составе минералов была проведена А.С.Поваренных (смотри таблицу-3).
Для наиболее распространенных в природе минералов класса силикатов широко используется классификация по структурным признакам: островные -оливни, гранат, силлиманит, мелинит; кольцевые -берилл; цепочечные-пироксены; ленточные-амфиболы, роговые обманки; листовые-слюды, хлориты, каркасные-полевые шпаты, фельдшпатоиды. Характеристики основных породообразующих минералов приводятся ниже.
Таблица-1. Распределение минеральных видов между отдельными классами минералов и их содержания в земной коре
Силикаты. Наиболее многочисленный и распространенный класс минералов. Для силикатов характерен сложный химический состав
и изоморфные замещения одних элементов и комплексов элементов другими. Общим для всех силикатов является наличие в анионной группе
кремнекислородных тетраэдров 4- в различных сочетаниях. Общее количество минеральных видов силикатов около 800. По распространенности на долю силикатов приходится более 75% от всех минералов литосферы.
Силикаты являются важнейшими породообразующими минералами, из которых сложена основная масса горных пород (полевые шпаты, слюды, роговая обманка, пироксены, оливин, хлорит, глинистые минералы). Самыми распространенными в природе являются минералы группы полевых шпатов.
2. Карбонаты. Карбонаты – соли угольной кислоты. Это многочисленная группа минералов, из которых многие имеют значительное распространение. Наиболее широко они распространены на земной поверхности и в верхней части земной коры. Карбонаты встречаются, в основном, в осадочных и метаморфических (мрамор) горных породах. Большинство карбонатов безводные и представляют собой простые соединения, главным образом Ca, Mg и Fe с комплексным анионом 2-. Характерные представители класса карбонатов кальцит, доломит, малахит, сидерит, магнезит.
3-4.Окислы и гидроокислы. Окислы – соединения элементов с кислородом, в гидроокислах присутствует также вода. В земной коре на долю окислов и гидроокислов приходится около 17%. Наиболее распространенными минералами этого класса являются окислы Si, Al, Fe, Mn, Ti, при этом минерал кварц SiO2 – самый распространенный минерал на земле (около 12 %). В кристаллических структурах минералов класса окислов катионы металлов находятся в окружении анионов кислорода О2- (в окислах) или гидроксила [ОН] 1- (в гидроокислах). Характерные представители: кварц, корунд, магнетит, гематит– окислы; лимонит, боксит– гидроокислы.
Таблица-2. Средняя распространенность для первых десяти химических элементов в земной коре, % по массе и их минеральная продуктивность.
Таблица-3. Средний состав Земли и земной коры, % по массе (по Беусу А.А,1972 г.)
5.Сульфиды. Сернистых и аналогичных им минералов насчитывается более 200 видов, но общее их содержание в земной коре не велико, около 1%. С химической точки зрения они являются производными сероводорода H2S. Происхождение сульфидов главным образом гидротермальное, а также магматическое, редко – экзогенное. Минералы класса сульфидов образуются, как правило, на глубине, ниже границы проникновения в земную кору кислорода атмосферы.
Попадая в приповерхностную область, сульфиды разрушаются, кроме того, реагируя с водой и кислородом, они образуют серную кислоту, которая агрессивно воздействует на горные породы. Таким образом, сульфиды являются вредной примесью в природных строительных материалах. Наибольшее распространение имеют сульфиды железа– пирит, халькопирит; другие представители
–галенит, сфалерит, киноварь.
6.Сульфаты. Сульфаты – соли серной кислоты. Многие из них растворимы в воде, поскольку являются осадками морских или озерных соленых водоемов. Некоторые сульфаты являются продуктами зоны окисления; известны сульфаты и как продукты вулканической деятельности. На долю сульфатов приходится 0,5% массы земной коры. Различают сульфаты безводные и водные, содержащие кроме общего для всех анионного комплекса2- также добавочные анионы(ОН)1-.Представители: барит, ангидрит – безводные, гипс, мирабилит – водные.
7.Галоиды. К этому классу относятся фтористые, хлористые и очень редкие бромистые и йодистые соединения. Фтористые соединения, большей частью, связаны с магматической деятельностью, они являются возгонамивулкановили продуктами гидротермальных процессов, иногда имеют осадочное происхождение. Хлористые соединения Na, K и Mg преимущественно являются химическими осадками морей и озер и главными минералами соляных месторождений. Галоиды составляют около 0,5% массы земной коры. Типичные представители: флюорит (плавиковый шпат), галит (каменная соль), сильвин, карналлит.
8.Фосфаты. Минералы этого класса представляют собой соли фосфорной кислоты; кристаллическая структура этих минералов характеризуется наличием анионных комплексов [РО4]3-.Преимущественно это редкие минералы; наиболее широко распространены минерал-магматического происхождения апатит и имеющие тот же химический состав осадочные биогенные фосфориты.
9. Вольфраматы и молибдаты. Этот класс содержит небольшое количество минеральных видов; по составу минералы отвечают солям
33 вольфрамовой и молибденовой кислот. Главные представители вольфрамит и шеелит.
10. Самородные элементы. В самородном состоянии в природе известно около 40 химических элементов, но большинство из них встречается очень редко; вообще самородные элементы составляют около 0,1% массы земной коры. В самородном состоянии встречаются металлы– Au, Ag, Cu, Pt, Sn, Hg; полуметаллы – As, Sb, Bi и неметаллы – S, C (алмаз и графит).
РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!Минеральные добавки по степени эффективности в экономии цемента (Эд): неэффективные с Эд<10%, низкоэффективные с Эд=10 - 40%, среднеэффективные с Эд= 41-70% и высокоэф-фективные с Эд>70%.
Комитетом 73- ВС РИЛЕМ предложена классификация минеральных добавок техногенного происхождения (табл. 1) по их пуццолановой и гидравлической активности. Минеральные добавки различной эффективности в представленной классификации имеют близкий вещест-венный состав (оксид кремния, алюминия, железа, кальция и т.д.). Различия заключаются в со-отношении компонентов, их минералогическом составе и степени дисперсности, обусловли-вающих преобладающий механизм их действия в цементных системах. Положение каждого ви-да техногенных материалов, представленных в рассматриваемых классификациях определяет совокупность физико-химических факторов.
Табл.1. Классификация и характеристики минеральных добавок
техногенного происхождения
| Минеральная добавка | Критерии эффективности | Основной хими-ческий и минерало-гический составы | Физические характеристики |
| 1. Быстроохлаж-денные шлаки | Вяжущие свойства | Силикатное стекло (аморфный кремне-зем), содержащее оксиды кальция, магния, алюминия. В небольшом коли-честве могут при-сутствовать крис-таллические компо-ненты. | Не полностью подготов-ленный к применению материал представляет собой гранулы и содер-жит 5 -15% влаги. Перед применением высушива-ется и измельчается до частиц размером менее 45 мкм, частицы имеют шероховатую поверх-ность. Удельная поверх-ность – 350-500 м 2 /кг |
| 2.Высококаль-циевые золы уноса(Са>10%) | Вяжущие и пуццолановые свойства | Силикатное стекло (аморфный кремне-зем), содержащее оксиды кальция, магния, алюминия. В небольшом коли-честве могут при-сутствовать крис-таллические компо-ненты в виде кварца и СзА, а также сво-бодная известь и пе-риклаз. Содержание углерода - обычно меньше 2%. | Содержит 10-15% частиц размером более 45 мкм. Больший процент частиц имеют сферическую фор-му с диаметром менее 20 мкм. Поверхность частиц в основном гладкая, но не такая чистая, как у низкокальциевых зол-уноса. Удельная поверх-ность – 300-400 м 2 /кг. |
| 3.Микрокремнезем; золы рисо-вой шелухи | Высокая пуццолановая активность | Микрокремнезем некристаллической (аморфной) модификации. | Представляет собой ультрадисперсный поро-шок, состоящий, в основ-ном, из сферических час-тиц диаметром менее 0,5 мкм. Удельная поверх-ность около 20000 м 2 /кг. |
| Кремнезем некрис-таллической (аморф -ной) модификации | Содержит, в основном, частицы размером менее 45 мкм, имеющие порис-тую поверхность. Удель-ная поверхность – около 60000 м 2 /кг | ||
| 4.Низкокальцие- вые золы-уноса (СаО<10%) | Нормальная пуццолановая активность | Силикатное стекло (аморфный кремне-зем), содержащее окислы алюминия и железа. В неболь-шом количестве мо-гут присутствовать кристаллические компоненты в виде кварца, муллита, магнетита. Содержание углеро-да менее 5%, но иногда может быть 10% | Содержит 10 - 15% час-тиц более 45 мкм. Большая часть частиц имеет сферическую фор-му с диаметром около 20 мкм. Удельная поверх-ность – 250-350 м 2 /кг |
| 5. Медленно-охлажденные шлаки; золы гидроудаления, шлаки котель-ных. | Слабо выраженные пуццолановые и вяжущие свойства | Кристаллические силикатные мине-ралы и небольшое количество некрис-таллических компо-нентов. | Дополнительно измель-чаются для придания вяжущих и пуццолано-вых свойств. Измельченные частицы имеют шероховатую поверхность |
Приложение 9
Марк микрокремнезёма
Техническими условиями на микрокремнезем конденсированный (ТУ 5743-048-02495332-96) в зависимости от содержания в нем диоксида кремния (SiO2) устанавливаются следующие мар-ки: неуплотненный - МК-85, МК-65, уплотненный - МКУ-85, МКУ-65, в виде суспензии - МКС-85. Цифровой индекс в маркировке указывает на минимально допустимые количества SiO 2 . По физико-химическим показателям микрокремнезем должен удовлетворять требованиям и нормам, приведенным в табл1.
Нормируемые показатели для микрокремнезема
| Показатель | Нормы для марок микрокремнозема | |||||
| Неуплотненного | Уплотненного | успензии (пасты) | ||||
| МК-85 | МК-65 | МКУ-85 | МКУ-65 | МКС-85 | ||
| Внешний вид | Ультрадисперс-ный порошок се- рого цвета | Мелкозернистый по-рошкообразный мате-риал серого цвета с размером агрегатов до 0,5мм | Текучая жидкость темносерого цвета | |||
| Массовая доля микро-кремнезема конденсиро-ванного в пересчете на сухой продукт, %, не ме-нее | ||||||
| Массовая доля воды, %, не более | ||||||
| Массовая доля потерь при прокаливании (п.п.п.), %, не более | ||||||
| Массовая доля диоксида кремния (SiCh), %, не менее | ||||||
| Массовая доля свободных щелочей (Na20, КзО), %, не более | ||||||
| Массовая доля оксида кальция, %, не более | ||||||
| Массовая доля серного ангидрида, %, не более | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | |
| Удельная поверхность микрокремнезема конденсированного, м2/г, не менее | ||||||
| Индекс активности К, %, не менее | ||||||
| Насыпная плотность микрокремнезема конденсированного сухих форм, кг/м 3 | 150 - 250 | 150 - 250 | 280 - 500 | 280 - 500 | - | |
| Плотность водной суспензии (пасты), кг/м 3 , не менее | - | - | - | - | ||
| рН 5%-ной водной суспензии, не менее | - | - | - |
Примечания: 1.В пунктах 4,5,6,7,8 нормы для суспензии (пасты) приведены в пересчете на сухое вещество. 2. Индекс активности К микрокремнезема определяют по формуле: К=К"cж/К"сж*100, где К"сж прочность на сжатие растворных образцов с использованием 90% цемента и 10% микрокремнезема (по массе вяжущего), МПа; К"сж - прочность на сжатие раст-ворных образцов с использованием 100% цемента, МПа.
Литература
1. ГОСТ 24211-91 и Межгосударственный ГОСТ 24211-2993 стран СНГ. Общие технические требования.
2. Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий (к СНиП 3.09.01 – 85). М, Стройиздат, 1989.
3. ГОСТ25818-91 Золы- уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия.
4. Указания по повышению морозостойкости бетона транспортных сооружений ВСН 159-93.
Москва 1993.
5.Б.А. Усов, И.Б. Аликина, Т.А.Чарикова. Физико- химические процессы строительного мате-риаловедения в технологии бетона и железобетона. М, Изд-во МГОУ, 2009.
6. Б.А. Усов. Химизация бетона. М, Изд-во МГОУ, 2007.
7. Б.А. Усов, Е.Н. Ипполитов.Долговечность бетона. М, Изд-во МГОУ, 2007.
8. Б.А. Крылов, С.А. Амбарцумян, А.И. Звездов. Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях. М, 2005, РААСН, НИИЖБ.
Большинство выдвинутых в разное время классификаций основано на особенностях химического или газового состава вод, причем за основу выделения классов обычно принимали либо преобладающие ионы, либо микроэлементы, либо газы и т.д. Основной недостаток этих классификаций - отсутствие принципа комплексности в оценке минеральных вод.
В.В.Иванов и Г.А.Невраев в целях более комплексной оценки различных минеральных лечебных вод разработали классификацию, основанную на основных критериях их оценки и данных о закономерностях формирования минеральных вод. Исходя из реально существующих в природе типов вод, они предложили такую классификационную таблицу, в которой каждой воде отведено строго определенное место. Такая классификационная таблица имеет важное практическое значение: пользуясь методом аналогии и сопоставления, можно судить о лечебных качествах вновь полученной воды (из-за больших размеров таблица здесь не приводится).
Согласно классификации Иванова и Невраева, все природные (подземные) воды разделяются по составу, свойствам и лечебному значению на шесть основных бальнеологических групп.
Группа А. Воды без «специфических» компонентов и свойств. Их лечебное значение определяется только ионным составом и величиной минерализации при наличии в их газовой составляющей в основном азота и метана, которые содержаться в водах в растворенном состоянии при атмосферном давлении лишь в незначительных количествах.
Группа Б. Воды углекислые. Их лечебное значение определяется, прежде всего, наличием больших количеств растворенного углекислого газа, который в общем газовом составе этих вод занимает доминирующее положение (80-100%), а также ионным составом и величиной минерализации.
Группа В. Воды сероводородные (сульфидные). Эти воды выделены по наличию в их составе свободного сероводорода и гидросульфидного иона, которые и определяют лечебное действие минеральных вод, используемых преимущественно для ванн. Содержание общего сероводорода этих вод не должно быть ниже 10 мг/л.
Группа Г. Воды железистые (Fe + Fe), мышьяковистые (As) и с высоким содержанием Mn, Cu, Al и др. Их лечебное действие определяется, помимо ионного и газового состава и минерализации, присутствием одного или нескольких из перечисленных фармакологически активных компонентов. Для содержания в этих водах Mn, Cu, Al нормы не установлены. В повышенных концентрациях эти элементы содержатся обычно только в высоко железистых сульфатных водах зоны окисления рудных месторождений, а также в сильно сульфатных и хлоридносульфатных (фумарольных) термах вулканических областей.
Группа Д. Воды бромистые (Br), йодистые (I) и высоким содержанием органических веществ. Для отнесения вод к бромистым и йодистым (или йодо-бромистым) принято содержание брома 25 мг/л и йода 5 мг/л при минерализации не более 12-13 г/л. При более высокой минерализации нормы соответственно увеличиваются.
Достаточно обоснованных норм для оценки высокого содержания органического вещества в лечебных минеральных водах пока не разработано. Известны два типа минеральных вод с высоким содержанием органического вещества - Нафтуся (Западная Украина) и Брамштедтские (ФРГ).
Группа Е. Воды радоновые (радиоактивные). К этой группе относятся все минеральные воды, содержащие более 50 эман/л (14 ед. Махе) радона.
Группа Ж. Кремнистые термы. В эту группу вод включены широко распространенные в природе кремнистые термальные воды. В качестве условной нормы содержание в них принято 50 мг/л, при температуре более 35єC.
Далее, группы вод по газовому составу делятся на три подгруппы: а) азотные, в которых газ имеет в основном атмосферное происхождение; б) метановые (включая азотно-метановые и углекисло-метановые), в которых газ в основном биохимического происхождения; в) углекислые, в которых газ, как правило, эндогенного происхождения. К последней группе отнесены и вулканические газы, где почти всегда резко преобладает углекислый газ.
В минеральных водах группы А могут присутствовать азотные и метановые газы; в группах В и Ж - азотные, метановые и углекислые; в группах Г и Е - азотные и углекислые; в группе Д - азотные и метановые; все воды группы Б только углекислые.
Одновременно все минеральные воды разделены по составу и минерализации на 9 классов (приложение 1 ). При этом учитывались все ионы, содержащиеся в количествах не менее 20% экв. Как видно из приложения 1 , первый класс объединяет в себе все воды с общей минерализацией до 2 г/л, независимо от их состава, так как при такой невысокой минерализации лечебное действие минеральной воды определяется не ионным составом, а наличием каких-либо фармакологически активных микрокомпонентов или специфических свойств. Во всех остальных классах число подклассов колеблется от 3 до 7.
В приложении 1 выделено несколько градаций минерализации: до 2, 2-5, 5-15, 15-35, 35-150 и выше 150 г/л. Такое подразделение, удобное в бальнеологическом и генетическом отношении показывает обычную наиболее часто встречающуюся в природе минерализацию типов минеральных вод.
По температуре минеральные воды разделены на три группы:
всегда холодные, формирующиеся, как правило, на небольших глубинах;
холодные, теплые или горячие в зависимости от глубины циркуляции;
всегда горячие, генезис и особенности состава которых тесно связаны с их территориальностью. К последним относятся все термы, входящие в группы В и Г. (приложение 2)
По величине pH воды разделены на 6 групп. Величина pH имеет особо важное значение для лечебной оценки сероводородных (сульфидных) вод, поскольку ею определяется соотношение в водах свободного и, а также кремнекислых терм, количество и форма нахождения в которых зависит от щелочности или кислотности вод.
Такое деление минеральных вод по величине pH - по кислотно-основным свойствам - уточнено и более хорошо обосновано в физико-химическом отношении А.Н.Павловым и В.Н.Шемякиным.
Эти классификации лечебных, промышленных и теплоэнергетических вод имеют частный характер и специальное назначение. Известны многочисленные попытки составить общие, естественноисторические, генетические и другие классификации природных вод по составу и минерализации.
Классификация минеральных вод Иванова и Невраева по минерализации предназначены для лечебных вод и не пригодны для промышленных и теплоэнергетических. В приложении 3 предлагается общая классификация вод по минерализации.