Каменные материалы в дорожном строительстве: учеб. пособие.

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

И.Б. КУРДЕНКОВА

КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)»

И.Б. КУРДЕНКОВА

КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ Утверждено в качестве учебного пособия редсоветом МАДИ

МОСКВА МАДИ 2018

УДК 625.7/8:691 ББК 38.31 К93 Рецензенты: канд. техн. наук, проф. кафедры «Строительство и эксплуатация дорог» МАДИ Силкин В.В.; канд. техн. наук, зав. лабораторией дорожных одежд ФАУ РосдорНИИ Горелышева Л.А.

Курденкова, И.Б. К93 Каменные материалы в дорожном строительстве: учеб. пособие / И.Б. Курденкова. – М.: МАДИ, 2018. – 80 с.

Учебное пособие содержит основные сведения об общих положениях добычи и переработке каменных материалов; включает в себя сведения о свойствах каменных материалов, о способах обеспечения их качества и о применении в дорожном строительстве. Учебное пособие предназначено для обучающихся по направлению подготовки бакалавров 08.03.01 «Строительство» и направлено на ознакомление с общими положениями производства, применения и обеспечения качества каменных материалов при производстве дорожно-строительных материалов.

УДК 625.7/8:691 ББК 38.31

© МАДИ, 2018

3

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................... 4 1. СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ...................................... 5 1.1. Разработка месторождений каменных материалов ......................................... 5 1.2. Дробление горных пород ..................................................................................... 8 1.3. Рассев (классификация) каменных материалов по крупности ...................... 18 1.4. Техника безопасности при добыче и переработке каменных материалов .............................................................. 29 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ................................................................... 30 2.1. Изверженные горные породы ........................................................................... 30 2.1.1. Главнейшие глубинные породы ............................................................. 32 2.1.2. Главнейшие излившиеся породы ........................................................... 33 2.2. Осадочные горные породы................................................................................ 35 2.2.1. Обломочные осадочные породы ............................................................ 37 2.2.2. Органогенные осадочные породы .......................................................... 37 2.2.3. Осадочные породы химического происхождения ................................. 40 2.3. Метаморфические горные породы ................................................................... 40 3. СОСТАВ И СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД ............................................................ 43 3.1. Минералогический состав горных пород ......................................................... 43 3.2. Физические свойства минералов ...................................................................... 43 3.3. Химический состав минералов ......................................................................... 46 4. СВОЙСТВА КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ .............................................................. 49 4.1. Структура и текстура горных пород .................................................................. 49 4.2. Закономерности свойств каменных материалов ............................................ 50 4.3. Общие требования к свойствам каменных материалов ................................ 52 4.4. Разрушение каменных материалов и способы защиты ................................. 55 5. РЫХЛЫЕ (СЫПУЧИЕ) КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ШТУЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ ........................................................................................... 57 5.1. Щебень, гравий ................................................................................................... 57 5.2. Песок строительный........................................................................................... 62 5.3. Штучный камень и изделия ............................................................................... 65 6. ПРИМЕНЕНИЕ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ......................................................................... 70 ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ ............................................................................ 78 ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА .......................................................................................... 79

4

ВВЕДЕНИЕ Производство каменных нерудных материалов в России очень велико – более 150 млн м3 в год. Дорожное и мостовое строительство является одним из важнейших потребителей каменных материалов наряду с РЖД и предприятиями промышленного и жилищного строительства. Считается, что запасы качественного щебня очень велики и доступны. Однако залежи качественного каменного материала распространены по территории страны неравномерно. Каменные строительные материалы включают в себя широкую номенклатуру изделий, получаемых из горных пород. Исходя из специфики технологии производства, их разделяют на три группы. Первую составляют нерудные строительные материалы – это камень, используемый в виде заполнителя при производстве искусственных материалов (бетоны и растворы). Вторая группа – «штучные» изделия – рваный камень в виде кусков неправильной формы, изделия правильной формы (блоки, штучный камень, плиты, бруски), полученные непосредственно из горного массива с помощью специальных механизмов. Третью группу составляют облицовочные (декоративные) природные камни, которые по своим эстетическим качествам после соответствующей переработки пригодны для отделочных работ.

5

1. СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ 1.1. Разработка месторождений каменных материалов Весь комплекс работ по добыче каменных материалов называется горными работами. Разрабатываемые месторождения называют карьерами, а выработанные пространства, образующиеся в процессе добычи ископаемых, – выработками. Часто при добыче полезных ископаемых попутно получается более или менее значительное количество непригодной для строительства так называемой пустой породы. Различают: • карьеры коренных месторождений, в которых разрабатывают сплошные массивы горных пород, (гранитов, известняков и др.); • карьеры рыхлых горных пород (разработка песка, гравия, валунного камня). Карьеры делятся на два основных типа: • промышленные, с большими запасами полноценных пород, что гарантирует долголетнюю их эксплуатацию, возможность применения современных машин и оборудования и механизацию работ. Эти карьеры, территориально не связанные со строительными объектами, как правило, связаны с железнодорожным или водным путем для транспортирования готовой продукции; • притрассовые, (расположенные у дорог), обслуживающие местные нужды и расположенные вблизи строительного объекта, с небольшим сроком эксплуатации. Целесообразность разработки того или иного карьера определяется следующими критериями: • мощностью запасов материалов; • объемом вскрышных работ; • качеством продукта; • дальностью возки; • себестоимостью продукции. В зависимости от условий залегания разработка горной породы может быть открытая или подземная, в редких случаях – подводная. При выборе метода разработки учитывают условия залегания породы, ее качество и количество, а также характер факторов, облегчающих разработку. Для открытых работ особенно удобны выходы горных пород в верхних зонах склонов долин, оврагов и берегов рек. В этом

6

случае резко уменьшается объем вскрышных работ, облегчается отвод грунтовых и атмосферных вод и облегчается транспортирование готовой продукции к местам погрузки. Технологический процесс разработки месторождения состоит из следующих работ: • подготовительных; • вскрышных; • добычных; • транспортных; • погрузочно-разгрузочных. Последовательность операций по подготовке карьеров к разработке и собственно разработка полезного ископаемого следующая: 1) планировка местности с обязательным отводом атмосферных осадков, грунтовых и паводковых вод; 2) снятие растительного слоя и складирование его; 3) обнажение породы и удаление пустой породы (вскрышные работы); 4) разработка и удаление на специальные площадки выветрившихся в верхнем слое пород; 5) отделение монолитов от массива и передача их к месту дополнительной обработки; 6) разделка монолитов на глыбы нужных размеров или переработка в определенный вид каменной продукции; 7) сортировка готовой продукции; 8) транспортирование продукции к местам отгрузки (или на склад). Породы, не имеющие необходимой в этом случае трещиноватости, например массивные изверженные горные породы, как правило, разрабатывают с применением взрывчатых веществ. При этом в горной породе бурят ряд скважин (шпуров), в которые закладывают взрывчатые вещества, шпуры прочно заделывают и производят взрыв. Вскрышные работы там, где горные породы имеют значительную трещиноватость, выполняют с применением экскаваторов для отделения горной породы от массива. Широко практикуется добыча каменных материалов путем распиловки массива камнерезными машинами непосредственно на месте залегания породы. Машины особенно эффективны при подземных выработках слабых и мягких пород, например ракушечника, известковых туфов и др. В этом случае с минимальными отходами получается готовый каменный материал правильной формы, одинакового разме-

7

ра и объема, направляемый непосредственно на строительство. Более твердые породы (мраморы, некоторые разновидности гранитов и др.) на штучный камень, блоки и плиты распиливают пилами со стальными дисками, армированными пластинками твердых сплавов или с абразивными порошками. Еще более высокая производительность резания каменного материала достигается применением алмазного режущего инструмента. Основными процессами при разработке месторождений являются добыча породы и транспортировка ее на камнедробильные заводы. Извлечение полезного ископаемого производят слоями. В результате разрабатываемый массив горных пород приобретает форму уступов. Каждый уступ (рис. 1.1) характеризуется высотной отметкой горизонта расположения на нем транспортных путей. Различают рабочие и нерабочие уступы. На рабочих уступах производят выемку горных пород, поэтому нижнюю площадку этого уступа называют рабочей, где располагают выемочно-погрузочные машины и транспортные пути, необходимые для удаления полезного ископаемого.

Рис. 1.1. Элементы уступа горной выработки: 1 – верхняя и нижняя площадки; 2 – откос уступа; 3 – бровка вскрыши; 4 – вскрыша; 5 – развал взрывной породы; 6 – экскаватор; α – угол откоса уступа; β – угол откоса вскрыши; Hу – высота полезной толщи породы; h – высота уступа

Песок и гравий имеют особенности работ при их добыче. Наиболее типичный способ – добыча и сортировка природной гравийнопесчаной смеси с использованием экскаваторов, погрузчиков и бульдозеров. Можно добывать также и гидромеханическим способом, когда вода, подаваемая гидромонитором под большим давлением, разрыхляет грунт. Добыча горных пород с использованием гидромониторов применяется при разработке необводненных карьеров и наличии соответствующего источника воды и электроэнергии. При разработке обводненных песчано-гравийных месторождений без предваритель-

8

ного осушения выполняют только выемку и складирование полезного ископаемого в штабель для обезвоживания и доведения его до естественной влажности. Часть каменных материалов приобретает вид готового продукта непосредственно в карьере. Это – песок, гравий, щебень, пиленые камни разных назначений и др. Такие работы выполняются с помощью передвижных дробильно-сортировочных комплексов, расположенных непосредственно в карьере. Но значительная часть каменных материалов, добытых в карьерах, направляется на специализированные заводы для окончательной обработки, в результате которой камень приобретает заданные размеры и форму. Основные каменные дорожно-строительные материалы получают путем переработки горных пород на камнедробильных заводах (КДЗ). Переработка в этом случае состоит из дробления, сортировки, промывки и обогащения щебня, гравия, песка. 1.2. Дробление горных пород В соответствии с классификацией видов работ, выполняемых при производстве дорожно-строительных материалов (рис. 1.2), к подготовительным работам в технологии производства дорожно-строительных материалов относятся следующие виды работ: • дробление и помол сырья; • очистка от примесей; • обогащение по массе, по прочности, по однородности и др.; • тепловая обработка сырья; • физико-химическая обработка поверхности материала. Все виды работ, выполняемые на стадии подготовительного этапа, направлены на повышение технологичности и качества получаемых материалов. Дробление является одним из наиболее значимых технологических приёмов при производстве нерудных каменных материалов. Целью дробления могут являться: • оптимизация технологических операций на стадиях приготовления; • повышение плотности (снижение пустотности) материала; • повышение однородности каменного материала; • обеспечение соответствие размеров частиц заполнителя размерам конструктивных элементов; • увеличение удельной поверхности.

9 ВИДЫ РАБОТ

Подготовительные работы

Вспомогательные работы

Основные работы

Разработка сырья Дробление и помол Обогащение и классификация Очистка от примесей Тепловая обработка Физико-химическая обработка

Транспортировка материалов Хранение материалов

Дозирование компонентов Перемешивание компонентов Формование изделий Уплотнение

Рис. 1.2. Классификация видов работ, выполняемых при производстве дорожно-строительных материалов

На практике для дробления каменных материалов применяется разнообразное технологическое оборудование. Процесс дробления каменных материалов и получения щебня организуется по стадийной форме, включающей в себя последовательно до трёх стадий и больше. В общем случае эти стадии включают в себя: первичное дробление, промежуточное дробление, тонкое дробление, которое используется также для придания зёрнам кубовидной формы или для физико-химической обработки каменного материала. На каждой стадии дробления решаются свои задачи и применяется соответствующее оборудование. Вид оборудования и используемый принцип дробления определяется следующими факторами: • свойствами горной породы; • крупностью загружаемых и выгружаемых фрагментов; • требуемые свойства получаемого материала; • производительностью предприятия. При подборе оборудования исходят из вида и прочности горной породы, способа её разработки, требований к продукции, производи-

10

тельности предприятия. При этом исходят из условия обеспечения максимального выхода кондиционного материала. Основным параметром измельчения является степень измельчения – отношение размера наибольшего куска камня, поступающего на дробление, к размеру, получаемому после дробления. Различные виды дробилок позволяют получить разную степень измельчения материала. При этом, последовательно работающие дробилки согласовывают по размерам загружаемых кусков камня, исходя из обеспечения равенства: b1 ≥ k·В2, где b1 – ширина выходного отверстия первой дробилки; В2 – ширина загрузочного отверстия второй дробилки; k – коэффициент запаса для бесперебойной работы (k = 0,6). Классификация оборудования, применяемого для измельчения каменного материала, приведена на рис. 1.3. Механизмы, используемые для измельчения

По виду работы Периодического действия

По принципу измельчения

Мельницы

По производительности

Лабораторные

Дробилки

Производственные

Непрерывного действия струйные, вибрационные, дезинтеграторные, шаровые

щековые, конусные, гирационные, ударные

Рис. 1.3. Классификация механизмов, применяемых для измельчения каменных материалов

Механизмы, используемые для дробления Наиболее распространёнными на практике являются три принципа измельчения, каждому из которых соответствуют три главных вида воздействия рабочего органа на обрабатываемый материал. А. Щековые дробилки. Хронологически, являются более ранним измельчительным механизмом. В них измельчение материала осуществляется путём раздавливания материала между двумя поверхностя-

11

ми при сравнительно медленном нарастании давления. Материал раздавливается двумя щеками, одна из которых неподвижная, а другая – качающаяся. В зависимости от расположения оси подвижной щеки различают щековые дробилки с нижним и верхним подвесом. При верхнем подвесе подвижная щека имеет наибольший размах внизу, у места выхода дроблёного продукта, и переменную ширину выходной щели. При нижнем подвесе – наибольший размах вверху, у места поступления исходного материала, и постоянную ширину выходной щели. Это постоянство обеспечивает необходимую крупность, но ограничивает производительность машины. Кроме того, при перегрузке такая дробилка чаще забивается. Все существующие типы щековых дробилок разделяются по характеру движения подвижной щеки на два класса: дробилки с простым качанием и сложным. Дробилки со сложным качанием щеки обеспечивают дробление материала не только за счёт сжатия, но и за счёт его истирания между обжимающими поверхностями, так как величина вертикальной составляющей хода щеки в этих дробилках существенно выше. Однако ценой этого повышения является снижение срока службы защитных футеровок за счёт повышенного износа их материала. В настоящее время появились усовершенствованные модели щековых дробилок – вибрационные щековые дробилки. Основными параметрами, характеризующими щековую дробилку, являются размеры загрузочного и разгрузочного отверстий. Шириной загрузочного отверстия определяется наибольший размер загружаемых кусков материала. При этом размер максимального куска должен быть не более 0,8–0,85 ширины загрузочного отверстия. Производительность дробилки также зависит от интенсивности и равномерности подачи материала. Щековая дробилка со сложным качанием щеки менее чувствительна к неравномерности подачи материала. Щековые дробилки относительно дешевы и неприхотливы в эксплуатации. Степень измельчения материала в щековых дробилах относительно невысока и составляет от 4 до 6. При сложном качании щеки степень измельчения повышается до 10–12. Схема устройства щековой дробилки приведена на рис. 1.4. Щековые дробилки являются прочными и надежными механизмами, поэтому очень популярны в качестве машин первичного дробления.

12

Рис. 1.4. Схема устройства щековой дробилки с одиночной распорной плитой

Б. Конусные и гирационные дробилки. Конусные дробилки измельчают горную породу путём совместного воздействия истиранием и сжатия материала между двумя поверхностями в камере дробления: внешней неподвижной конической чашей (футеровкой чаши) и расположенным внутри вращающимся конусом (футеровкой подвижного конуса). Основное действие – раздавливание в сочетании с разломом кусков при изгибе, возникающем, когда кусок зажат между вогнутой поверхности чаши и выпуклой поверхностью дробящего конуса. Дополнительный эффект дробления имеет место между сжатыми частицами, что снижает износ футеровки (дробление в сжатом слое). Применяют для мелкого дробления на второй и третьей стадии. Конусные дробилки особенно эффективны для изготовления щебня из гравия. Схема устройства конусной дробилки приведена на рис. 1.5. Гирационные дробилки оборудованы гидравлической системой, которая изменяет ширину разгрузочной щели и, таким образом, влияет на крупность продукта. Эти дробилки могут быть использованы как первичные на стадии предварительного дробления. Вторичные гирационные дробилки обычно используют на второй стадии дробления. По сравнению с конусными вторичными дробилками, гирационная дробилка имеет камеру дробления, предназначенную для приёма питающего материала относительно большего размера по сравнению с диаметром подвижного конуса.

13

Рис. 1.5. Схема устройства конусной дробилки

Модификации конусных дробилок могут использоваться для промежуточного или тонкого дробления, или для получения кубовидного продукта. Схема устройства гирационной дробилки приведена на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Схема устройства гирационной дробилки

В. Дробилки ударного действия: молотковые дробилки с шарнирно-подвешенными молотками и роторные дробилки с жёстко закреплёнными билами, а также дезинтеграторы. Для производства щебня больше применяют роторные дробилки, так как колосниковые решётки молотковых дробилок не позволяют обеспечить надёжной работы с материалом средней и высокой прочности.

14

В роторных дробилках материал разрушается за счёт кинетической энергии жёстко закреплённых на вращающемся роторе тел (молотков, бил). Полученный продукт затем подвергается дальнейшему разрушению внутри дробилки, сталкиваясь с деталями дробилки и между собой, что приводит к получению более мелкого продукта правильной формы. Поэтому по сравнению с другими типами дробилок они имеют более высокую степень измельчения, большую эффективность дробления, меньшие габариты. Ударные дробилки также могут быть использованы для селективного дробления, при котором твердые минералы освобождаются от слабых включений. Современные ударные дробилки представлены двумя типами: ударные дробилки с горизонтальным валом и ударные дробилки с вертикальным валом. На рис. 1.7 представлена схема работы дробилки ударного действия с горизонтальным валом.

Рис. 1.7. Дробилка ударного действия с горизонтальным валом

Производительность роторных дробилок определяется параметрами ротора: диаметром, длиной, частотой вращения. Степень измельчения материала на роторных дробилках зависит от скорости вращения ротора и твёрдости материала и составляет 7–9 единиц. Повышение производительности может привести к преждевременному износу футеровки и повышенному производству отсева дробления (0–5 мм). Положительным качеством этого типа дробилок является повышенный выход кубовидных зёрен. Дополнительные преимущества, отличающие современную дробильную технику, предоставленные зарубежными фирмами («Мetso

15

Minerals», HARTL, Svedala, Nordberg, «Eagle Crusher Co Inc.» и другие) заключаются в том, что дробилки могут применяться на первой, второй и третьей стадии дробления, а также использоваться для технологического дробления строительного мусора, что является очень актуальным для условий современного мегаполиса. Современный модельный ряд дробилок представлен в виде самоходных установок на гусеничном ходу, мобильных установок на колёсных полуприцепах или на опорных металлоконструкциях. Наряду с дробилками ударного действия, применяются также молотковые мельницы. Они отличаются тем, что у них на роторе имеется много шарнирно закрепленных бил, а разгрузочные отверстия закрыты решетками, через которые должен пройти материал, для дальнейшего измельчения. Молотковые мельницы используются для разрушения и измельчения не слишком твёрдых или абразивных материалов. Скорость ротора и размер решеток подбираются исходя из конкретных условий. Г. Дезинтеграторы. Дезинтегратор относится к наиболее прогрессивным устройствам для тонкого измельчения каменных материалов. По показателю энергонапряженности (количество механической энергии, приходящейся на единицу объема размалываемого продукта), дезинтегратор является безусловными лидером, значительно опережая такие устройства как струйные или вибрационные мельницы. Промышленные установки широко применяются для измельчения сыпучих природных минералов небольшой твердости, для гомогенизации смесей, для механоактивации минерального материала, для физико-химической обработки или введения небольших количеств ПАВ. Уникальные свойства дезинтегратора обеспечиваются используемым способом измельчения продукта. Узел дезинтегратора состоит из загрузочного бункера, откуда сырье поступает в пространство между вращающимися навстречу друг другу с высокими скоростями дисками (угловая скорость до 5000 об./мин. и более). Специальные твердосплавные пальцы, закрепленные на роторах, образуют при вращении относительно друг друга, концентрические окружности разных диаметров. В результате, каждая частица материала соударяется с выступами пальцев, последовательно испытывая высокоэнергетические механические воздействия, приводящие к активации поверхности минерального материала, к быстрому его разрушению и уменьшению размеров фракции. Схема устройства дезинтегратора приведена на рис. 1.8.

16

Рис. 1.8. Схема устройства дезинтегратора: 1, 2 – диски с закрепленными на них пальцами; 3, 4 – валы, 5, 6 – шкивы; 7 – корпус; 8 – крышка; 9 – болты; 10 – входной патрубок

Эффективный выбор оборудования Эффективный выбор комплекта дробильной и сортировочной техники в настоящее время это не только вопрос текущей стоимости и технологической надёжности, но и дополнительный анализ, прогноз качества получаемого материала и экологические аспекты применения дробильного оборудования. На стадии первичного дробления решается задача уменьшения размера материала до величины, обеспечивающей удобную транспортировку ленточными конвейерами. Как правило, на этом этапе используют щековые (иногда – гирационные) дробилки. Малопрочный и не слишком абразивный материал можно измельчать ударными дробилками. Главной характеристикой первичной дробилки в этом случае является способность приема питающего материала без образования зависаний. При организации первичного дробления решается выбор варианта транспортировки породы до стационарной первичной дробилки (автосамосвалами) или использование самоходной дробилки, перемещающейся вместе с продвижением забоя. Щековые дробилки используются в комплексах производительностью до 1600 т/ч, гирационные – на крупных заводах производительностью более 1200 т/ч. Первичные ударные дробилки имеют про-

17

изводительность от 200 т/ч до 1900 т/ч и допустимый размер питания до 71” (1830 мм). Из всех разновидностей первичных дробилок молотковые дробилки обеспечивают форму продукта, наиболее приближенную к кубовидной. Целью промежуточного дробления является подготовка материала к окончательному дроблению или получение некоторых продуктов крупной фракции – например, заполнителей для дорожных оснований. В этом случае не существует требований по качеству, кроме пригодности продукта для тонкого дробления. На этом этапе решается задача достижения наибольшего снижения размера фракции при наименьших затратах. Для промежуточного дробления используют, как правило, конусные дробилки, благодаря их высокой производительности и низким эксплуатационным расходам. На этапе тонкого дробления обеспечивается качество конечного продукта. Общими требованиями при производстве заполнителей являются производительность и качество (сортность). Однако в настоящее время наиболее актуальной становится задача получения кубовидной формы частиц щебня. Поэтому тонкое дробление и придание кубовидной формы объединяются в одной стадии дробления. Выбор дробилки для этой стадии является комплексной задачей. Выбор необходим для двух типов дробилок: • конусных; • ударных. Определяющими факторами при этом являются: • абразивность; • дробимость материала; • желаемая кривая крупности продукта. Основные рекомендации по применению дробилок, предложенные /каталог/, приведены в табл. 1.1. Таблица 1.1 Абразивность Низ- Высокая кая

Стадия

Размер питания, мм

Типовой размер конечного продукта, мм

Гирационная

Первая

1500

200–300

Щековая Горизонтальная ударная

Первая

1400

200–300

Типовая производительность т/ч Более 1200 До 1600

Первая/ вторая

1300

200–300

До 1800

х

Вторая

450

60–80

До1800

х

х

Третья

300

0–30

До 1000

х

х

Основной тип дробилки

Конусная гирационная

Количество мелкой фракции

х

Малое

х

Малое Среднее/ большое Малое Малое/ среднее

Улучшение формы продукта

Да

да

18

1.3. Рассев (классификация) каменных материалов по крупности Одно из основных требований к щебню для дорожного строительства предъявляется к его фракционному составу. Для получения требуемого фракционированного щебня, дроблёный материал разделяют на фракции и, либо в таком виде реализуют, либо составляют смеси определённого зернового состава. На практике смеси заданного зернового состава получают также добавлением отдельных фракций в рядовую смесь дроблёного или не дроблёного материала. Для этого также необходимо иметь в распоряжении фракционированный щебень. Разделение материала по крупности на фракции осуществляется следующими технологическими приёмами: • грохочением; • гидроклассификацией; • пневмоклассификацией. Процесс грохочения включает в себя питание (подачу материала, подлежащего переработке в загрузочный короб) и проход материала через просеивающую поверхность. Использование принципа вибрации способствует тому, что материал, попадая в загрузочный короб или непосредственно на просеивающую поверхность и теряя свою вертикальную составляющую скорости, претерпевает изменение в направлении перемещения и имеет тенденцию к переходу в псевдожидкое состояние. Грохочение объединяет два процесса, которые обеспечивают разделение: • расслоение материала; • разделение его по размеру зерен. Расслоение заключается в том, что частицы большего размера поднимаются вверх в слое вибрирующего материала вследствие действия вибрации (рис. 1.9), а более мелкие частицы просеиваются сквозь пустоты и переходят в нижнюю часть слоя. Факторы, влияющие на этот процесс, систематизированы и приведены на рис. 1.10. Общая концепция грохочения рассматривает процесс, посредством которого частицы достигают сетки и остаются на ней, если имеют размер больше отверстий, либо проходят сквозь сетку, если имеют меньший размер. При этом возможность отделения частицы является функцией соотношения ее размера и размера отверстия

19

грохота. Частице легче быть отделенной или пройти насквозь, если различие в размерах больше. В общем виде этот процесс систематизирован в табл. 1.2.

Рис. 1.9. Схема работы грохота Факторы, влияющие на стратификацию материала

Скорость перемещения материала Толщина слоя

Параметры вибрации Частота

Угол наклона грохота

Амплитуда

Функция расслоения материала

Тип движения

Характеристика вибрационного движения

Влажность поверхности частиц

Высокое содержание влаги в поверхностном слое затрудняет расслоение

Направление вращения

Рис. 1.10. Факторы, влияющие на стратификацию материала

Таблица 1.2 Размер частицы d > 1,5a d < 0,5a 0,5 < d > 1,5a 0,5a < d < a d < 1,5a

Позиционирование частицы Не влияют на результат грохочения; их относительное наличие влияет на износ и энергопотребление Частицы также имеют малое влияние, т.к. они свободно проходят через сетку Частицы именуются «критическим классом» и определяют эффективность и производительность – часто требуется несколько попыток, прежде чем пройдут через сетку – засоряют многие отверстия, прежде чем покинуть сетку в качестве удержанного материала

20

Скорость потока материала через отверстие поверхности грохота меняется в соответствии со степенью расслоения и вероятностью. Общий принцип стратификации и разделения материала отражен на рис. 1.11. Когда материал поступает со стороны питания на просеивающую поверхность, вибрация создает стратификацию материала. Этот участок находится между точками a и b, при максимальной степени стратификации в точке b. Максимальное удаление частиц происходит на участке b…c (участок насыщенного грохочения), где находится точка наибольшей вероятности из-за наличия большого количества мелочи. На следующем участке, от c до d, вероятность низка. На этом участке вероятность прохождения частиц через отверстия снижена, поскольку имеется большое количество частиц критического класса.

Рис. 1.11. Распределение потока материала сквозь деку по длине грохота

При типичной сортировке с помощью простого грохота, как показано на рис. 1.11, идеальная сепарация (100%) эффективность коммерчески нецелесообразна, поскольку от точки d и далее вероятность прохождения частиц через отверстия становится весьма низкой. Теоретически, для абсолютно идеальной сепарации грохот должен быть бесконечно длинным, поскольку кривая (см. рис. 1.11) асимптотически приближается к оси длины грохота. В практическом значении, идеаль-

21

Эффективность

ное грохочение обычно означает эффективность в пределах 90…95%. Оптимальное перемещение материала по грохоту обеспечивается соотношением параметров вибрации: амплитуды и частоты, исходя из условия – для бо́льших отверстий устанавливается бо́льшая амплитуда и меньшая скорость, для меньших отверстий – наоборот. Идеальная классификация определяется путем лабораторных испытаний. Эффективность грохочения является важнейшим условием ритмичного функционирования всей линии переработки каменного материала. К примеру, возможна перегрузка замкнутого цикла дробления или снижение качества продукта. Оценка эффективности грохочения выполняется с учетом двух факторов: эффективности удаления и эффективности извлечения подрешетного продукта. В первом случае задача заключается в том, чтобы в продукте, остающемся на грохоте (надрешетном продукте), содержалось минимальное количество подрешетного продукта. Во втором случае задачей является максимальное извлечение продрешетного материала, содержащегося в питании. На эффективность работы грохота также влияет скорость питания (рис. 1.12).

А

Питание

Рис. 1.12. Зависимость эффективности от скорости питания

При низкой скорости питания (слева от т. А) эффективность возрастает с увеличением скорости питания. За т. А эффективность бы-

22

стро уменьшается, поскольку грохот не имеет достаточной производительности для отделения всего подрешетного материала, содержащегося в питании. Модельный ряд грохотов представлен следующими видами: колосниковые грохоты, наклонные грохоты, так называемые грохоты типа «банан» (с переменным наклоном), горизонтальными грохотами. В случае, когда нет ограничений по размерам помещения, наклонные грохоты более выгодны экономически. Грохоты типа «банан» используют, когда имеют высокий процент проходного материала, при этом производительность повышается до 70%. Горизонтальные грохоты уменьшают установочную высоту и применяются для тонкого и ультратонкого разделения, а также при обезвоживании. Сводные данные по области применения грохотов приведены в табл. 1.3 Таблица 1.3 Тип процесса Обдирка Промежуточное разделение крупного материала Промежуточное разделение среднего материала

Макс. размер питания, мм

Сепарация, мм

1200

100–250

Колосниковые грохоты

150–3000

400

100–200

Первичные грохоты

300–1500

250

50–100

Наклонные грохоты и грохоты «банан»

100–800

50–400

10–40

Тип грохота

Разделение мелкого материала

200

2–50

Наклонные грохоты, грохоты «банан» и горизонтальные грохоты

Экстратонкое разделение материала

25

0,2–6

Высокочастотные грохоты

Обезвоживание

13

0,5

Грохоты с противоположным наклоном деки при линейном движении

Диапазон производительности, м3/час

100–250

Грохочение по назначению бывает: 1) предварительным; 2) окончательным; 3) контрольным. 1. Предварительное грохочение используется: • для отделения крупных кусков камня, которые невозможно использовать для дробления;

23

• для отбора нужных фракций после первой и последующих стадий дробления, чтобы не допустить излишнего дробления. Для проведения предварительного грохочения используются как наклонные неподвижные грохоты (колосниковые решётки), так и вибрационные, и эксцентриковые. Простейшее устройство – наклонные неподвижные грохоты применяют для отделения крупных кусков материала при их содержании в общей массе материала до 10–12%. Часто это производят при грохочении валунно-гравийного материала. Как правило, установка представляет собой бункер, установленный на колосниках, составленных из двух решёток. Параметры грохота должны соответствовать типу дробилки. Угол наклона для сухой горной массы без глинистых включений составляет примерно 35°, при наличии примесей – 40°. Колосники располагают веерообразно с уширением щели 10… 20 мм на 1 м длины (оптимальная длина грохота 3…4 м), в сторону наклона грохота. В месте падения материала на грохот устанавливают броневую плиту толщиной до 30 мм и длиной до 1 м. В результате прохода материала через колосники негабаритные камни с верхней решётки отделяются, габаритный камень, прошедший верхнюю решётку, складируется, а мелочь, просыпавшаяся через колосники двух решёток, складируется отдельно. 2. Окончательное грохочение предназначено: • для получения продуктов, строго соответствующих спецификации; • для разделения щебёночного полуфабриката на готовые товарные фракции; • для отделения песка при рассеве песчано-гравийного материала. Проводится на конечной стадии производства. Для окончательного грохочения применяют, как правило, вибрационные или эксцентриковые виды грохотов. Возможно совмещение предварительного и окончательного грохочения на одной установке. Рассев мелкого материала может быть осуществлён на инерционных горизонтальных грохотах. 3. Контрольное грохочение применяют при окончательной классификации материала по крупности в качестве проверочной операции. Как правило, его осуществляют на конечной стадии про-

24

изводства щебня перед отправкой готового материала в бункер или потребителю. Возможно проведение контрольного грохочения в целях дополнительной очистки готового материала. Для обоснованного выбора типа грохота необходимы следующие исходные данные: • свойства материала, подвергающегося грохочению; • требуемая производительность грохочения и диапазон сепарации продукта; • требуемая эффективность. Таблица 1.4 Значения удельной производительности сита в зависимости от размера отверстий Размер отверстий сит, мм 0,16 0,20 0,30 0,40 0,60 0,80 1,17

Размер отверстий сит, мм 2,0 3,2 5,0 8,0 10,0 16,0 20,0

Значение g, м3/ч 1,9 2,2 2,5 2,8 3,2 3,7 4,4

Значение g, м3/ч 5,5 7,0 11,0 17,0 19,0 25,5 28,0

Размер отверстий сит, мм 25,0 31,5 40,0 50,0 80,0 100,0 –

Значение g, м3/ч 31,5 34,0 38,0 42,0 56,0 63,0 –

Сита изготавливаются секционными из марганцовистой стали с отверстиями до 5 мм. Они бывают струнными или щелевидными, а с более крупными отверстиями – плетёными или штампованными с квадратными или щелевидными отверстиями. Угол наклона грохотов рекомендуется принимать в пределах, указанных в табл. 1.5. Таблица 1.5 Параметры грохотов Наименование материала Известняковый щебень Гравий, крупный щебень

Крупность кусков, мм

Насыпная плотность, т/м3

Угол наклона, град

0–20

1,4

15–16

0–150

1,6

17–18

Направление вращения привода По ходу материалов По ходу материалов

Гидроклассификация Принцип действия гидроклассификации основан на различии скорости перемещения частиц разной крупности в водной среде.

25

Гидроклассификация используется в основном в целях: • производства фракционированных песков; • очищения песка и щебня (гравия) от пылевато-глинистых примесей; • дешламации и промывке материала; • обезвоживания. Пример технологической линии организации гидроклассификации песчано-гравийной смеси приведен на рис. 1.13.

Рис. 1.13. Технологическая схема организации гидроклассификации песчано-гравийной смеси

Преимущества метода гидроклассификации заключаются в исключении образования пыли и снижении шума относительно грохочения. Затруднение может вызывать большой расход воды: на 1 м3 готовых материалов может расходоваться 0,25…1 м3 воды при промывке и дешламации, и 3,5…4,5 м3 – при классификации в многокамерных и вертикальных классификаторах. Схема спирального классификатора приведена на рис. 1.14. При гидроклассификации максимальная крупность материала может достигать 100…150 мм для камня и 5 мм для песка.

26

Рис. 1.14. Спиральный классификатор: 1 – привод спирали, 2 – разгрузочное отверстие, 3 – корыто, 4 – спираль, 5 – приемная коробка, 6 – сливной порог, 7 – механизм подъема спирали

Классификаторы бывают различной производительности. При повышении производительности, как правило, снижается эффективность разделения. Промывку материала можно осуществлять непосредственно на грохоте. Промывка производится подачей воды через форсунки так, чтобы она создавала водяную завесу, направленную под давлением на разделяемый материал (рис. 1.15).

а)

б)

Рис. 1.15. Схема грохота с промывкой материала: а – форсунки и материал; б – схема расположения форсунок

27

Форсунки устанавливаются на металлических трубах, расположенных перпендикулярно потоку материала. Для выделения тонких частиц после обезвоживающих грохотов, шнековых моек или спиральных классификаторов можно использовать циклоны, фильтры, коллекторы и т.д. Пневмоклассификация Осуществление пневмоклассификации заключается в разделении мелкокускового материала по крупности струями воздуха, направленными перпендикулярно потоку материала. При этом каждая частица минерального материала перемещается в двух направлениях: вертикально вниз под действием силы тяжести и горизонтально – под действием давления воздуха. Ввиду большей «парусности», более мелкие частицы находятся в воздушном потоке дольше, и их горизонтальная составляющая нарастает быстрее. В результате они падают по более пологой траектории и на большее расстояние, чем крупные. Траектория движения частиц зависит от характеристики воздушного потока и от физических свойств частиц (главным образом крупности). Примерные значения скорости воздуха приведены в табл. 1.6. Таблица 1.6 Значения скорости воздушного потока при пневмоклассификации материала Крупность частиц, мм 3 1,2 0,6 0,15

Скорость питания, м/сек 14 8 5 1

Скорость воздушного потока, м/сек 19,6 11,2 7,0 1,38

На точность классификации материалов при данном способе, влияет влажность материалов. При увеличении влажности материалов точность классификации уменьшается. Эффективность пневмоклассификации увеличивается при обработке более мелкого минерального материала. Поэтому наиболее технологичным является применение агрегатов пневмоклассификации для обработки мелкого щебня и получения, и очистки фракционированного песка. Полученный в результате материал может быть использован в качестве заполнителя при производстве наиболее высококачественных асфальтобетонов. Схема работы установки пневмоклассификации песка приведена на рис. 1.16.

28

Рис.1.16. Схема работы воздушно-каскадного классификатора КГ15-3

ЗАО «Новые технологии» (г. Санкт-Петербург) предлагает модель каскадно-гравитационного классификатора Титан КГК-30. Основные параметры каскадно-гравитационного классификатора Титан КГК30 приведены в табл. 1.7. Таблица 1.7 Наименование параметра Крупность исходного материала Влажность материала Производительность установки Эффективность классификации Требуемая площадь размещения

Значение параметра Не более 5 мм До 2% До 30 т/час 75–85% 15 м х 6,4 м

Применение воздушной классификации дает хорошее соотношение качества разделения и производительности, а также позволяет гибко реагировать на изменение потребности рынка и оперативно осуществлять перенастройку на разной крупности разделения.

29

1.4. Техника безопасности при добыче и переработке каменных материалов Технологические операции при производстве и переработке каменных материалов являются травмоопасными и их осуществление требует обязательного выполнения мероприятий по охране труда и технике безопасности. Главным нормативным документом в этой сфере является Федеральный закон «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», утверждённый распоряжением Правительства Российской Федерации от 21.06.2010 г. № 1047-р. В 2015 году Приказом Минтруда России № 336н были утверждены «Правила по охране труда в строительстве». Продолжают действовать: СНиП 12-03-2001 «Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования»; СНиП 12-04-2002 «Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство». В документах изложены общие положения организации работы по обеспечению охраны труда, а также принципы по безопасной работе на производственных территориях, на участках и отдельных рабочих местах, безопасности при складировании материалов, электро- и пожаробезопасности, по защите от вредных факторов, правила безопасной работы строительных машин, средств механизации, приспособлений, инструмента. Безопасность труда обеспечивается на всех стадиях производства, начиная от разработки проекта и, завершая применением строительных материалов. Организующим звеном такой работы и ответственным за нарушения в этой сфере является инженерно-технический персонал как специального подразделения, так и общего профиля управления.

30

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД Петрографический кодекс, утвержденный Петрографическим комитетом России, предлагает главным классификационным понятием считать тип горной породы, который выделяется по механизму образования. Предложено выделять следующие типы нерудных горных пород: • магматические; • осадочные; • метаморфические. Дальнейшее подразделение множества горных пород производится по различным, разработанным отдельно для каждого типа пород, сочетаниям структурно-вещественных признаков. Общая примерная схема классификации горных пород представлена на рис.2.1. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

ОСАДОЧНЫЕ

МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ

ХИМИЧЕСКИЕ ОСАДКИ ОРГАНОГЕННЫЕ ОСАДКИ МЕХАНИЧЕСКИЕ ОСАДКИ обломочные сцементированные

рыхлые

УЛЬТРАОСНОВНЫЕ SiO2 30…45% ОСНОВНЫЕ SiO2 45…53% СРЕДНИЕ SiO2 53–64% КИСЛЫЕ SiO2 ≥ 64%

МАГМАТИЧЕСКИЕ

ПЛУТОНИЧЕСКИЕ глубинные (интрузивные) ГИПАБИСАЛЬНЫЕ полуглубинные

ВУЛКАНИЧЕСКИЕ излившиеся, (эффузивные)

Рис. 2.1. Классификация горных пород

2.1. Изверженные горные породы Тип магматических пород разделяется по фациальным условиям образования на три класса: плутонический, вулканический и гипабиссальный. Признаком различия является глубина становления маг-

31

матической породы, которая определяется по геологическим наблюдениям и текстурно-структурным особенностям. Класс плутонических глубинных магматических пород (абиссальные породы) – полнокристаллические породы, происхождение которых связано с глубинной кристаллизацией магматического расплава (граниты, габбро, перидотиты). Класс вулканических излившихся магматических пород (эффузивные породы, или лавы) – порфировые породы с микрокристаллической, криптокристаллической или стекловатой основной массой, являющиеся продуктами кристаллизации магмы, вышедшей на земную поверхность (базальты, андезиты). К классу гипабиссальных относятся породы, формирование которых происходило на небольших глубинах. Эти породы занимают по условиям залегания и структурам промежуточное положение между плутоническими и вулканическими породами. Гипабиссальные породы обычно проявляются в виде малых интрузий (долериты, гранит-порфиры). Такой принцип выделения классов характеризует глубину и скорость кристаллизации магматической горной породы, что объективно отражено в ее структурных особенностях и условиях залегания. Впервые генетическая классификация (абиссальные, гипабиссальные и эффузивные породы или лавы) была предложена российским ученым-петрографом Ф. Ю. Левинсон-Лессингом в 1897 г. Он также дополнил генетическую классификацию делением на четыре группы по химическому составу, по содержанию кремнезема SiO2: ультраосновные – 30…45%; основные – 45…53%; средние – 53…64% и кислые – 64…78%. Минералогическим признаком, отличающим ультраосновные породы от основных, в первую очередь является содержание полевых шпатов. В ультраосновных породах их содержание, как правило, не превышает 10 об. %. Глубинные породы (интрузивные) образовались в результате остывания магмы на большой глубине от поверхности земли в условиях высокой температуры и высокого давления. Остывание происходило медленно и при этом получались более или менее крупные зерна различных минералов, прочно сросшиеся между собой без всякого цементирующего вещества и различимые невооруженным глазом. Такая структура называется гранитной. При испытании образцов глубинных пород на сжатие, разрушение происходит по самим зернам, а не по поверхности их соприкосновения.

32

Излившиеся породы (эффузивные) образовались в результате остывания магмы, излившейся в виде лавы на поверхность земли (новейшие породы) или близко к поверхности в виде жил (древние породы), при давлениях и температурах, мало отличавшихся от существующих на поверхности земли. В таких условиях остывание происходило быстро, вследствие чего не успевали образоваться крупные зерна; поэтому новейшие излившиеся породы имеют скрытокристаллическую или аморфную, стекловидную структуру. В массу мелких зерен включены крупные «вкрапленники», образовавшиеся в магме при более или менее длительном нахождении ее в глубинных слоях земной коры. Каждой глубинной горной породе соответствует излившаяся, называемая аналогом, получившаяся из той же магмы, вследствие чего химический и минералогический состав их одинаков. Глубинные породы залегают в виде отдельных гнезд, излившиеся породы имеют пастообразную форму покровов большой мощности или куполов, конусов, жил и пр. 2.1.1. Главнейшие глубинные породы К числу главнейших глубинных пород, применяемых в строительстве, относятся гранит, сиенит, лабрадорит, габбро и диорит. Гранит – одна из самых распространенных горных пород. Это сложная кислая порода, состоящая из кварца (20…40%), калиевого полевого шпата ортоклаза (40…70%) и слюды мусковита или чаще биотита (5…20%). Иногда в состав гранита входят авгит или роговая обманка, заменяющие слюду, тогда к названию гранита добавляют слова роговообманковый или авгитовый в зависимости от названия минерала. Вследствие большого содержания ортоклаза цвет гранита чаще всего серый, голубовато-серый, темно-красный. Структура гранита ясно выраженная зернисто-кристаллическая. Плотность гранита 2,6…2,7 г/см3, предел прочности при сжатии колеблется от 1000 до 2500 кг/см2 и выше. Лучшими строительными свойствами обладают граниты, содержащие больше кварца и меньше слюды. По размерам зерен граниты делятся на мелко-, средне- и крупнозернистые. Мелкозернистые граниты лучше сопротивляются механическим воздействиям, равномернее изнашиваются при истирании, устойчивее против выветривания и меньше растрескиваются при нагревании, чем средне- и крупнозернистые. Благодаря невысокой пористости и малому водопоглощению (обычно 0,9%) граниты морозостойки и выдерживают до 200 и более циклов замораживания и оттаивания.

33

Граниты хорошо обрабатываются – обтесываются, шлифуются и полируются. Их используют преимущественно для внешней облицовки зданий и сооружений, особенно общественных и гидротехнических. Месторождения гранитов имеются на Кольском полуострове, в Республике Карелия, на Урале, в Сибири, на побережье Азовского моря, в Крыму, на Кавказе. Сиенит отличается от гранита тем, что не содержит кварца, поэтому общее содержание SiO2 в нем меньше, чем в граните. Внешне сиенит напоминает граниты, но в нем менее отчетливо выражена зернистость структуры и окраска его более темная. По прочности сиенит весьма близок к граниту, но менее стоек против выветривания. Встречаются сиениты значительно реже, чем граниты. Их месторождения имеются на Урале, на Кавказе. Диорит – зернистая массивная порода, состоит почти на 75% из полевых шпатов (плагиоклазов), содержит также роговую обманку, авгит и биотит, иногда кварц (такой диорит называется кварцевым). Цвет диорита серый или темно-зеленый, плотность 2,8…3,0 г/см3, предел прочности при сжатии 1500…2800 кг/см2. Диорит обладает высокой вязкостью, хорошо полируется и стоек против выветривания (последняя резко понижается при наличии включений пирита). Диорит применяют главным образом в виде щебня в слоях дорожной одежды и для облицовки. Месторождения диорита известны в Карелии, на Урале, в Сибири, в Крыму и на Кавказе. Габбро – основная горная порода – состоит из полевых шпатов (до 50%, преобладает анортит), авгита и оливина. Структура габбро гранитная преимущественно крупнозернистая, цвет серый, темнозеленоватый, коричнево-зеленый или черный, плотность 2,9…3,3 г/см3, предел прочности при сжатии от 2000 до 3500 кг/см2. Габбро применяют в асфальтобетоне для дорожных покрытий, облицовки и для приготовления щебня. Месторождения габбро имеются на Урале, на Кавказе и в некоторых других районах России. Лабрадорит – порода из семейства габбро, существенной составной частью которой является минерал лабрадор, обладающий характерной для него особенностью – яркими переливами цветов: синего, голубого, зеленого, золотистого и др. Лабрадорит широко используют в строительстве в качестве облицовочного камня. 2.1.2. Главнейшие излившиеся породы Порфиры подразделяются на кварцевый порфир – аналог гранита, бескварцевый порфир – аналог сиенита и порфирит – аналог

34

диорита. Строительные свойства порфиров близки к свойствам глубинных пород, но вследствие неравномерности структуры и наличия «вкрапленников» (чаще крупные зерна полевого шпата) стойкость их против выветривания ниже и верхние слои в месторождениях часто бывают выветрившимися. Порфиры значительно слабее сопротивляются истиранию, чем глубинные породы. Диабаз – горная порода с зернами разной крупности темносерого или зеленовато-черного цвета, имеющая высокую прочность (до 4500 кг/см2). Обладает большой вязкостью и сравнительно малой истираемостью и поэтому применяется в качестве материала для покрытий дорог различного вида, а также в качестве сырья для каменного литья. К новейшим излившимся породам относятся трахит, андезит и базальт. Трахит – пористая горная порода: плотность около 2,2 кг/см3, предел прочности при сжатии 500–900 кг/см2, цвет чаще светложелтоватый или серый. В строительстве применяется как стеновой материал и как заполнитель (щебень) для бетона. Трахит сильно изнашивается при истирании, а его сопротивляемость выветриванию низка. На Кавказе имеется разновидность трахитов – бештаунит, часто используемый в качестве заполнителя для кислотостойких бетонов. Андезит – порода серого цвета с объемным весом от 2,2… 2,7 г/см3 и пределом прочности при сжатии от 600 до 2400 кг/см2. Более кислые и плотные андезиты применяют как кислотостойкий материал в виде облицовочных плит и щебня для кислотоупорного бетона. Некоторые андезиты пористы. От трахитов сильно отличаются большим содержанием темноокрашенных минералов. Встречается андезит на Кавказе и в ряде других районов России. Базальт – самая распространенная излившаяся (вулканическая лавовая) горная порода. В зависимости от условий остывания структура базальта стекловатая или скрытокристаллическая. Плотность примерно равна средней плотности (2,9…3,3 г/см3), предел прочности при сжатии достигает 5000 кг/см2. При наличии трещин и пор прочность базальта сильно понижается, иногда до 1000 кг/см2. Большая твердость и хрупкость базальтов затрудняет их обработку. Базальты используют главным образом как материал для дорожных покрытий, для мощения откосов набережных, в качестве щебня для бетона, а также как сырье для литья. Плавленый базальт имеет очень высокую прочность (до 8000 кг/см2) и применяют его для изготовления кислотоупорной химической аппаратуры, труб, облицовочных материалов и

35

др. Месторождения базальта имеются на Дальнем Востоке, на Кавказе и в других местах. Кроме указанных выше массивных пород к изверженным горным породам относятся обломочные – продукт переотложения и цементации рыхлого материала, выбрасываемого вулканами; они разделяются на рыхлые – вулканические пеплы, песок, пемза и цементированные – вулканические туфы, трассы, туфовая лава. Вулканическими пеплами называют неправильной формы порошкообразные частицы вулканической лавы, выброшенной в раздробленном состоянии; более крупные частицы называют вулканическими песками. Пемза – весьма пористая порода (до 80% объема занимают поры). Это вулканическое стекло, которое образовалось при быстром охлаждении лавы на воздухе, сопровождавшемся бурным выделением из нее газов. Размер частиц пемзы от 5 до 30 мм, средняя плотность (в россыпи) около 0,5 кг/см3. Вследствие наличия довольно крупных и замкнутых пор водопоглощение пемзы значительно ниже ее пористости. Пемза морозостойка и негигроскопична. Она имеет низкий коэффициент теплопроводности (0,12–0,2 ккал/м-ч-град), поэтому является хорошим теплоизоляционным материалом; предел прочности при сжатии 20–30 кг/см2. Пемзу и пемзовые пески применяют в виде щебня и песка для приготовления легких бетонов и в виде порошка для теплоизоляции, а также в качестве шлифующего (абразивного) материала. Пемза и другие пористые вулканические породы добываются на Северном Кавказе, на Камчатке и в других районах России. Вулканические туфы – пористые породы, получившиеся в процессе уплотнения вулканического пепла; степень уплотнения их сильно колеблется в зависимости от условия залегания. К наиболее уплотненным вулканическим туфам относятся трассы (например, карадагский трасс в Крыму). Туфы, трассы и пемзу используют в тонкоизмельченном виде, как и вулканический пепел, в качестве гидравлических добавок к минеральным вяжущим (извести, цементам). 2.2. Осадочные горные породы Осадочные горные породы образуются в результате разрушения существующих горных пород различного происхождения, их осаждения и накопления. Поэтому особенностью осадочных пород является их слоистость – как результат постепенного осаждения продуктов разрушения в виде пластов вследствие чего их называют также пластовыми.

36

Осадочные породы, в зависимости от условий образования разделяют на следующие основные группы: • обломочные (механические осадки); • химического происхождения (химические осадки); • органогенные, образующиеся как результат жизнедеятельности и отмирания организмов, населяющих водные бассейны. Горные породы разрушаются в результате выветривания. Важнейшими факторами физического выветривания (как механического разрушения) являются: • вода; • ветер; • температурные изменения. Вода проникает в трещины, постепенно размывает и растворяет составные части горных пород, а при замерзании вследствие увеличения в объеме разрушает их. Ветер выдувает и уносит частицы разрушенных пород, вытачивает в них углубления (ниши); продукты разрушения переносятся ветром на большие расстояния. Температурные изменения в своем резком проявлении нарушают монолитность пород, приводят к растрескиванию их и отделению кусков разной величины. Выветривание как химическое разрушение проявляется в результате взаимодействия составных частей горных пород с различными веществами, находящимися в атмосфере. Так, полевые шпаты (например, ортоклаз) под действием воды и углекислого газа разрушаются, образуя минерал каолинит: K2О·Аl2О3·6SiO2 + 2Н2О + СО2 = (ортоклаз) = K2СО3 + 4SiO2 + Аl2О3·2SiO2·2Н2О (поташ) (каолинит) В результате физического выветривания горных пород образуются: • куски больших размеров (обломки) – глыбы, дресва; • более мелкие (остроганные) куски – щебень (природный); • мелкие зерна – песок, главным образом кварцевый. Результатом химического разрушения полевошпатовых пород является образование каолинита, который, смешиваясь с песком и другими продуктами разрушения, дает разнообразные глины. Эти продукты разрушения остаются на месте, образуя горный песок и

37

первичную глину, или переносятся водой, ледниками, ветром и откладываются в других местах (в виде вторичных глин). 2.2.1. Обломочные осадочные породы Обломочные породы (рыхлые) разделяются по размерам обломков на: • крупнообломочные – размер зерен более 5 мм (гравий с окатанными зернами и крупные пески); • среднеобломочные – размер зерен 5–0,1 мм (пески); • мелкообломочные – размер зерен 0,1–0,01 мм (пылеватые частицы); • тонкообломочные – размер зерен менее 0,01 мм (глины); • тончайший ил – отложения, нанесенные водой; • лёсс – отложения, нанесенные ветром, состоящие из мельчайших зернышек кварца, известняка, глины. Обломочные породы, связанные между собой каким-либо веществом (глиной, кальцитом, кремнеземом и др.), называются цементированными породами. Из них наибольшее значение в строительстве имеют песчаники, т.е. цементированные кварцевые пески. В зависимости от вида цементирующего вещества различают песчаники глинистые, мергелистые, известковые, кремнистые, битумные и др. Для строительства наиболее часто используют кремнистые и известковые песчаники; первые сцементированы кремнеземом, вторые – кальцитом. Наиболее стойки и прочны кремнистые песчаники, имеющие предел прочности при сжатии до 2500 кг/см2. Песчаники весьма широко распространены, их используют в качестве щебня для приготовления бетона (в качестве крупного заполнителя) для строительства автомобильных дорог, балластировки железнодорожных путей и других целей. 2.2.2. Органогенные осадочные породы Органогенные породы образуются в результате жизнедеятельности и отмирания организмов, находящихся в морских и пресных водах. К органогенным породам относят различные карбонатные и кремнистые породы. Для строительных целей используют известняки, известняки-ракушечники, мел (в которых основным веществом является кальцит), диатомиты и трепелы (в которых основным веществом является водный кремнезем).

38

Известняки состоят главным образом из кальцита СаСО3. Они образовались в морских бассейнах в основном из остатков животного мира (зоогенные породы), а также частью за счет химических осадков (вследствие выпадения из раствора углекислого кальция). Рыхлые скопления раковин и их обломков уплотнялись давлением воды и скреплялись углекислым кальцием в более или менее плотную породу. Известняки имеют твердость около трёх по шкале твердости. В зависимости от содержащихся в известняке примесей, он приобретает определенный цвет и имеет разное название. Самыми распространенными примесями известняка являются: доломит, кварц, окислы железа и марганца, глинистые минералы, пирит, марказит, фосфаты, гипс и другие органические и неорганические вещества. Так, серовато-белый известняк содержит кальцит СаСО3, при содержании MgO – известняк называется доломитизированный, а если содержания магния значительно выше, то он уже превращается в доломит. При большой примеси кремнезема твердость и прочность известняка повышается, что затрудняет его обработку. Плотность известняков – 2,7…2,9 г/см3, средняя плотность колеблется от 0,8 (ракушечник) до 2,8 г/см3, прочность известняков колеблется от 0,4 МПа (ракушечник) до 300 МПа. Они бывают белого цвета или в зависимости от примесей (глины, кварца, окиси железа и др.) желтоватого, сероватого, красноватого, бурого и др. Известняк, который содержит примесь глины, является мергелем. При этом, при наличии глины от 5% до 10% порода называется мергелистый известняк; от 10% до 25% – мергель известняковый; от 25% до 60% – мергель. Мергели представляют собой природную тонкую механическую смесь известняка и глины в разных соотношениях, строение имеют землистое до плотного, прочность небольшую, легко выветриваются. Мергели определенного состава используются для изготовления портландцемента. А посредством ослабленного (без доведения до спекания) обжига мергелистого известняка получают гидравлическую известь. Ее используют для штукатурки сырых помещений и в кладочных растворах, для изготовления блоков и камне искусственного происхождения, а также в бетонах низких марок. Предел прочности известняков при сжатии колеблется от 80 до 2000 кг/см2, в зависимости от плотности и состава. Они залегают обычно пластами, разделенными прослойками глинисто-суглинистых и песчаных пород. Месторождения известняков широко распространены.

39

По своей структуре они подразделяются на плотные, пористые и мраморовидные. Известняк плотный применяют в виде обработанных плит и фасонных деталей для облицовки стен, изготовления лестничных ступеней, подоконников, цоколей и карнизов; плиты неправильной формы используют для бутовой кладки. Известняк используют для приготовления щебня для бетона, в производстве портландцемента, из него обжигом получают известь и др. Пористые известняки и известняк-ракушечник легко поддаются распиловке на штучный камень определенных размеров и используются для кладки стен и перегородок. Известняк-ракушечник (в котором видны обломки раковин) широко распространен в Крыму, на Северном Кавказе. Здесь многие дома построены из этого материала. Средняя плотность известняка-ракушечника составляет от 0,6 до 1,5 г/см3, предел прочности при сжатии от 4 до 50 кг/см2. Мел (СаСО3) имеет тот же химический состав, что и известняк, состоит из мелких раковин простейших организмов; прочность его меньше, чем известняка. Используют мел для получения извести, приготовления красок, замазок и др., а также в производстве цемента. Диатомиты и трепелы представляют собой богатые аморфным кремнеземом, слабо или вовсе нецементированные, рыхлые или землистые массы белого, желтого, серого, розового цвета. Диатомиты образуются из панцирей диатомовых водорослей, живущих в пресной и соленой воде. После отмирания растений панцири опускаются на дно водоемов, уплотняются, между ними осаждаются тончайший ил и глина. Трепел – порода более раннего происхождения, в которой панцири превратились в мельчайшие шарики опала, сцементированные опаловым цементом. В нашей стране имеются многочисленные месторождения этих пород. В диатомите и трепеле высших сортов содержится от 75 до 96% SiO2. Их химический состав и физические свойства очень близки: средняя плотность от 0,35 до 1,27 г/см3, пористость 50–85%, плотность 2,0–2,7 г/см3, коэффициент теплопроводности 0,15‒0,2 Вт/м·°С. Диатомит и трепел широко применяют в производстве кирпича, их используют как теплоизоляционные материалы и в качестве активных гидравлических добавок к вяжущим.

40

2.2.3. Осадочные породы химического происхождения Магнезит MgCO3 используют для получения огнеупорных материалов и магнезиального вяжущего – каустического магнезита. Наиболее богатое месторождение магнезита имеется на Урале. Доломит состоит в основном из минерала того же названия СаСО3·MgCO3. По свойствам доломиты близки к плотным известнякам, а иногда обладают и более высокими качествами. Применяют их в качестве строительного камня и щебня для бетона, а также для получения огнеупорных материалов и вяжущего вещества (каустического доломита). Доломиты широко распространены в России. Гипс (CaSO4·2H2O), состоящий из минерала того же названия, используют главным образом для изготовления гипсовых вяжущих веществ и в качестве добавки при производстве портландцемента. Наиболее крупные месторождения гипса находятся в Нижегородской области, на Урале, в Башкортостане, в Татарстане и в других местах страны. Ангидрит (CaSO4), состоящий из минерала того же названия, применяют для получения вяжущих, а также для изготовления плит для внутренней облицовки. Внешне ангидрит заметно не отличается от гипса и залегает обычно вместе с ним. Известковые туфы образовались в результате выпадения СаСО3 из холодных и горячих подземных углекислых вод. Очень пористые известковые туфы используют как материал для декоративных построек (гроты и др.) и как сырье для приготовления извести, а плотные с мелкими равномерно расположенными порами и пределом прочности при сжатии до 800 кг/см2 ‒ для наружной облицовки зданий. 2.3. Метаморфические горные породы Из метаморфических пород в строительстве применяют гнейсы, мраморы, кварцит и глинистые сланцы. Гнейсы по минералогическому составу сходны с гранитами, из которых они образовались в результате перекристаллизации под большим давлением. Гнейсы имеют так называемое сланцеватое строение, характерны тем, что составляющие минералы вытянуты в направлении, перпендикулярном направлению давления. По объемному весу и прочности в направлении, перпендикулярном сланцеватости, гнейсы мало отличаются от гранитов. Сланцеватость облегчает

41

добычу и обработку гнейсов, но уменьшает их прочность вдоль слоев. Гнейсы сравнительно легко раскалываются по плоскостям сланцеватости и могут расслаиваться при попеременном замораживании и оттаивании. Сланцеватость понижает стойкость гнейсов против выветривания. Назначение гнейсов в строительстве в основном то же, что и гранитов, но используют их преимущественно в виде плит для облицовки каналов и набережных, кладки фундаментов, устройства тротуаров и др. Гнейсы встречаются на Кольском полуострове, в Карелии, на Урале, в Восточной Сибири и в других местах. Глинистые сланцы – твердая глинистая порода сланцеватого сложения, получившаяся из глин, сильно уплотнившихся и частично перекристаллизовавшихся под влиянием большого давления. Глинистые сланцы значительно тверже глин, не размокают в воде и при смешивании с ней не переходят в пластическое состояние. Состоят они из очень мелких глинистых частиц, а также листочков слюды, мелкой пыли, полевых шпатов, зерен кварца и других минералов; цвет имеют преимущественно темно-серый; легко раскалываются на тонкие ровные плитки, применяемые как самый долговечный кровельный материал, известный под названием природный шифер. Месторождения глинистых сланцев имеются на Урале, Кавказе и в других районах. Мраморы состоят из более или менее крупных кристаллов известкового шпата (кальцита), иногда с примесью зерен доломита. Кристаллы часто видны невооруженным глазом и прочно соединены между собой без всякого цементирующего вещества. Мраморы образовались из известняков (реже из доломитов) под влиянием высокой температуры и под действием огромных давлений в толще земной коры, вызвавших перекристаллизацию известняков. Мрамор бывает белоснежный или розовый, желтый, красный, черный и других цветов (в зависимости от примесей); в нем часто имеются прожилки и узоры. Предел прочности мрамора при сжатии около 1200 кг/см2, но иногда он достигает 3009 кг/см2. Мрамор легко пилится на тонкие плиты и вследствие высокой плотности хорошо шлифуется и полируется. Используют его для декоративных и облицовочных работ: из него делают плиты для внутренней отделки зданий, плитки для полов, а также лестничные ступени, подоконные доски и другие изделия. Мрамор в наружной отделке зданий и сооружений под влиянием атмосферных факторов (важнейший из них – сернистый газ, содержащийся в воздухе промышленных центров и больших городов) быстро выветривается, теряет блеск полировки, цвет его изменяется.

42

Мраморы различных цветов добываются в Карелии, на Урале, в Сибири, на Дальнем Востоке, в Крыму, на Кавказе и в других районах страны. Кварцит – метаморфическая разновидность кремнистых песчаников с перекристаллизованными зернами кварца, которые срослись между собой так, что цементирующее вещество неразличимо. Он имеет цвет белый или, в зависимости от примесей, красный, фиолетовый, темно-вишневый. Кварцит хорошо противостоит выветриванию, его предел прочности при сжатии достигает 4000 кгс/см2. Вследствие большой твердости кварциты трудно обрабатываются. Применяют их обычно в особо ответственных местах зданий и сооружений, например для изготовления подферменных камней в мостах, для наружной облицовки в виде тесаного камня и облицовочных плит (если от них требуется повышенная стойкость); иногда из кварцита изготовляют ступени для лестниц. Кварциты используют также в виде бутового камня и щебня. Они являются сырьем для производства огнеупорных (динасовых) изделий. Добывают кварцит в Карелии.

43

3. СОСТАВ И СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД 3.1. Минералогический состав горных пород В составе земной коры химические вещества содержатся в виде химических соединений однородного состава, структуры и свойств, которые называются минералами. Агрегаты разнообразных минералов, имеющие постоянный состав и специфическое внутреннее строение, составляют горную породу. Минералы подразделяют на два вида: 1. Породообразующие: • первичные (возникли при образовании горной породы); • вторичные (образовались позже, как продукты видоизменения первичных). 2. Второстепенные. 3.2. Физические свойства минералов Твёрдость Твёрдость – сопротивление минерала внешнему механическому воздействию другого более твёрдого тела. Обусловлена главным образом прочностью кристаллической решётки и её механическими параметрами (упругостью, пластичностью, хрупкостью). В обычной практике применяется наиболее простой способ определения твердости – царапанием одного минерала другим, т. е. устанавливается относительная твердость минералов. Для оценки этой твердости принимается шкала Мооса, представленная десятью минералами, из которых каждый последующий своим острым концом царапает все предыдущие. За эталоны этой шкалы приняты следующие минералы в порядке твердости от 1 до 10: 1. Тальк – Mg3[Si4O10][OH]2. 2. Гипс – CaSO4 · 2H2O. 3. Кальцит – CaCO3. 4. Флюорит – CaF2. 5. Апатит – Ca5[PO4]3F. 6. Ортоклаз – K[AlSi8O8]. 7. Кварц – SiO2. 8. Топаз – Al2[SiO4](F,OH)2.

44

9. Корунд – Al2O3. 10. Алмаз – С. Определение твердости исследуемого минерала производится путем установления, какой из эталонных минералов он царапает последним. Спайность Спайностью называют способность минералов раскалываться и давать при раскалывании ровные поверхности (плоскости спайности). Спайность характерна для тел, имеющих упорядоченное внутреннее строение, которое зависит именно от внутреннего порядка минерала; аморфные тела, например, стекло, спайностью не обладают. Выделяются следующие виды спайности: • весьма совершенная спайность; • совершенная спайность; • средняя спайность; • несовершенная, весьма несовершенная спайность или полное её отсутствие. Пример весьма совершенной спайности – пластинка слюды, которую можно расщеплять на тончайшие листочки, однако разорвать её очень непросто (рис. 3.1). Подобные признаки наблюдаются у многих других слоистых минералов: талька, графита, молибденита, аурипигмента, гипса.

а) слюда

б) кальцит

Рис. 3.1. Примеры совершенной спайности минералов горных пород

Если весьма совершенная спайность позволяет буквально «расщепить» кристалл, то совершенная спайность позволит кристаллы «раскрошить». Средняя спайность отличается от совершенной тем, что минералы хоть и раскалываются в нескольких направлениях, – ровные

45

сколы получаются только в некоторых из них. Характерна такая спайность для полевых шпатов, пироксенов и амфиболов, топаза и других минералов. Обычно несовершенной спайностью объединяют: собственно несовершенную спайность, весьма несовершенную спайность, а также отсутствие спайности. Ровных поверхностей при раскалывании минералов с несовершенной спайностью не получается совсем, напротив, весьма характерен раковистый излом. Характер поверхности Излом – поверхность раскола не по слоям спайности. Минералы, не имеющие спайности вообще или в отдельный направлениях, раскалываются по поверхностям, имеющим неправильную форму – излом. Они описываются обычно в следующих терминах: землистый излом, неровный, зернистый, землистый, ступенчатый, занозистый, крючковатый, расщепляющийся, раковистый, скорлуповатое отслаивание, оскольчатый.

а)

б)

Рис. 3.2. Примеры характера излома у минералов: а – раковистый излом обсидиана, б – занозистый излом актинолита

Окраска. Каждый минерал характеризуется цветом, который показывает какие элементы входят в его состав, и при каких физикохимических условиях он формировался. Окраска является одним из важнейших признаков, свойственных минералам. Вполне поэтому многие названия даны минералам именно по этому признаку. Примеры: лазурит, азурит («азур» по-французски – лазурь), хлорит («хлорос» по-гречески – зеленый), родонит («родон» по-гречески – розовый), рубин («рубер» по-латыни – красный), хризолит, хризоберилл («хризос» по-гречески – золотогематит), гематит

46

(«гематикос» по-гречески – кровавый), альбит («альбус» по-латыни – белый), меланит («мелас» по-гречески – черный) и т.д. В целом проблема окраски минералов очень сложна. В многочисленных минералах окраска обязана своим происхождением тому, что в состав самих соединений входит какой-либо хромофор, т.е. химический элемент, приносящий окраску. К числу их, как давно уже было установлено, относятся следующие: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, т.е. элементы семейства железа, располагающиеся в центре менделеевской таблицы элементов, разбитой по длинным периодам, и в меньшей степени – W, Mo, U, Cu и TR. Наиболее ярким представителем хромофоров является хром, само название которого указывает на эту его особенность. Содержание хрома в минералах обуславливает весьма интенсивные окраскикрасную (пироп, рубин и др.), ярко-зеленую (изумруд, фиолетовую (родохром). Насколько сильным красителем является хром, можно судить по тому, что изоморфная примесь окиси хрома в количестве всего лишь 0,1% окрашивает бесцветное соединение – окись алюминия – в густой ярко-красный цвет. Блеск – существует у минералов благодаря отражению лучей света от его поверхности. По этому свойству различают две группы: минералы с металлическим блеском и минералы с неметаллическим блеском. Металлический блеск характерен для минералов, являющихся рудами различных металлов: медный колчедан. Шкала блеска минералов c гладкой поверхностью (по А.Г. Бетехтину, 2014): • стеклянный (кварц, гипс, кальцит); • алмазный (алмаз, киноварь); • полуметаллический (алабандин, куприт, киноварь); • металлический (серебро самородное, золото самородное). Для других видов поверхностей (на сколе) дополнительно выделяют: • восковой блеск (кремни); • матовая поверхность (мел); • жирный блеск (сера); • перламутровый отлив (слюда, гипс); • шелковистый отлив (асбест). 3.3. Химический состав минералов Основой классификации минералов является химический состав минералов. Многие минералы, имея один и тот же химический состав, могут иметь различную структуру и внешний облик кристаллов, тексту-

47

ру, а значит и различные физические свойства. Такое свойства минералов называется полиморфизмом. Примером полиморфизма может служить углерод. В зависимости от условий кристаллизации он может образовать две полиформные разновидности – алмаз и графит, имеющие различное расположение атомов углерода в пространстве. Современная классификация минералов основана на их химическом составе и кристаллической структуре. Главнейшие породообразующие и рудные минералы, изучение которых входит в программу курса, объединяются в несколько классов. I. Самородные элементы – в этот класс входят минералы, состоящие из одного элемента. Известно около 45 минералов этого класса, составляющих 0,01% массы земной коры. К нему относятся: самородное золото Au, серебро Ag, медь Cu, платина Pt, графит C, алмаз C, сера S и др. II. Сульфиды – соединения различных элементов с серой соли сероводородной кислоты (H2S). Они также имеют небольшое значение в строении земной коры, но включают в себя ряд минералов – важнейших руд на свинец, медь, цинк, молибден и др. К ним относятся: пирит (серный колчедан) FeS2, халькопирит (медный колчедан) CuFeS2, борнит Cu5FeS4, галенит (свинцовый блеск) PbS, сфалерит (цинковая обманка) ZnS, молибденит (молибденовый блеск) MoS2, киноварь HgS и др. III. Галоидные соединения. Класс 1. Хлориды – соли соляной кислоты (HСl): галит, сильвин, карналлит. Класс 2. Фториды: флюорит. Минералы этого класса в химическом отношении представляют собой соли галоидоводородных кислот. Наиболее распространены хлористые и фтористые соединения. К ним относятся галит (поваренная соль) NaCl, сильвин KCl, флюорит (плавиковый шпат) CaF2. IV. Оксиды и гидроксиды. В этот класс объединены минералы – соединения различных элементов с кислородом и гидроксильной группой. По количеству входящих в него минералов занимает одно из первых мест; на его долю приходится около 17% массы земной коры. Минералы этого класса подразделяются на две группы: 1) оксиды и гидроксиды кремния (группа кварца) SiO2; 2) оксиды и гидроксиды металлов. Кварц – один из наиболее распространенных минералов в земной коре, составляющий по весу около 12% её и входящий в состав почти всех генетических типов горных пород. К разновидностям квар-

48

ца относятся: прозрачный горный хрусталь, фиолетовый аметист, дымчатый раухтопаз, черный морион и некоторые другие минералы. Скрытокристаллической разновидностью кварца является минерал халцедон; полосчатая разновидность халцедона – агатом; халцедон, загрязненный примесями, – кремнем. Гидроксид кремния представлен минералом, называемым опалом SiO2·nH2O. В класс оксидов и гидроксидов металлов входит ряд важнейших рудных минералов: магнетит (магнитный железняк) FeO, Fe2O3, гематит (железный блеск или красный железняк) Fe2O3, корунд Al2O3, хромит FeCr2O4; из гидроксидов – лимонит (бурый железняк) Fe2O3·nH2O, гидроксиды алюминия – минералы гиббсид Al(OH)3 и диаспор AlO(OH), входящие в состав бокситов (алюминиевой руды). V. Карбонаты – соли угольной кислоты (H2CO3). В класс карбонатов входят минералы: кальцит (известковый шпат) CaCO3, прозрачная разность которого называется исландским шпатом, доломит CaMg(CO3)2, сидерит FeCO3, магнезит MgCO3. К водным карбонатам относится красивый поделочный минерал малахит Cu2CO3(OH)2. VI. Сульфаты – соли серной кислоты (H2SO4). К ним относится гипс CаSO4·2H2O, ангидрит (безводный сульфат кальция) CaSO4, барит BaSO4 и др. VII. Фосфаты – соли ортофосфорной кислоты (H3PO4). Наиболее распространенными среди фосфатов является минералы апатит Сa5[PO4]3(F,OH,Cl) и скрытокристаллическая разность того же состава – фосфорит. Широко используются для производства удобрений и в химической промышленности. VIII. Вольфраматы – соли вольфрамовой кислоты (H2WO4). К ним относятся минералы вольфрамит (Fe, Mn) WO4 и шеелит CaWO4, являющиеся рудой на вольфрам. IX. Силикаты – соли гипотетической кремниевой кислоты (одна из формул кислоты H4SiO4). В этот класс входят наиболее распространенные в земной коре породообразующие минералы, чрезвычайно сложные по химическому составу и участвующие в строении всех типов горных пород, особенно магматических и метаморфических. Они составляют примерно одну треть всех известных минералов. По Н.В. Белову, силикаты, включая и кварц, относящийся по структуре также к силикатам, составляют по весу более 90% всей земной коры. Стройная классификация этого сложного класса минералов стала возможной лишь благодаря кристаллохимическим исследованиям, установившим тесную связь их структуры с химическим составом.

49

4. СВОЙСТВА КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ 4.1. Структура и текстура горных пород Структура Особенности внутреннего строения горных пород принято характеризовать двумя понятиями: структура и текстура. К структуре относятся те признаки строения, которые характеризуют степень кристалличности, абсолютные и относительные размеры зерен, а также форму и взаимоотношение составных частей горной породы. Структурные признаки связаны с процессом кристаллизации и изменения минералов. Текстура К текстуре относятся те признаки строения, которые характеризуют расположение составных частей породы относительно друг друга, а также способ заполнения ими пространства. Текстурные признаки связаны с перемещением минералов в процессе образования горной породы.

Рис. 4.1. Различия между структурой и текстурой: а – аплитовая структура и гнейсовидная текстура в микрограните; б – аплитовая структура и массивная текстура в микрограните; в – гранит-порфировая структура и массивная текстура в гранит-порфире

Текстура отражает особенности внешнего вида: • слоистость; • сланцеватость; • пористость; • массивность;

50

• расцветка; • декоративность. Среди текстур, возникновение которых обязано влиянию внешнего давления, в соответствии с расположением составных частей породы относительно друг друга различаются следующие виды: директивные, брекчиевидно-такситовые и полосчатые. Среди директивных текстур различаются: • гнейсовидная; • трахитоидная; • флюидальная. По способу заполнения пространства выделяются следующие текстуры: • плотная – характеризуется тесным примыканием зерен друг к другу, без каких-либо свободных промежутков между ними. Это самая распространенная текстура магматических горных пород. • пористая – когда порода имеет пустоты сферической или неправильной формы, не заполненные минералами. В соответствии со степенью кристалличности пород различают структуры типов: полнокристаллические, неполнокристаллические, стекловатые. 4.2. Закономерности свойств каменных материалов Факторами, определяющими физико-механические свойства каменных материалов, являются: состав и структура горной породы, из которой они получены. В свою очередь свойства горной породы во многом определяются свойствами породообразующих минералов, а также формой и размером слагающих частиц, дефектами структуры, типами химических связей между частицами, макро- и микропористостью и прочее. Влияние состава горной породы В мономинеральных породах на свойства влияет уровень значений соответствующих свойств породообразующего минерала. В полиминеральных породах определяющим является усредненный уровень свойств минералов в соответствии с их содержанием. К примеру, свойствам кварцита передаются параметры породообразующего минерала кварца: высокая механическая прочность, плотность и твердость. Для известняка характерны свойства породообразующего минерала кальцита: низкие твердость и прочность, совершенная спай-

51

ность, сравнительно легкая растворимость в воде. Эти же свойства наследует у кальцита мрамор – метаморфизованная разновидность известняков. Снижение прочности горной породы обусловлено разрушением частиц кальцита по плоскостям унаследованной спайности. Для известняков, осадочных мономинеральных пород закономерным является: • для малопористых видов показатели прочности, плотности, упругости и ряда других свойств соответствуют свойствам кальцита; • с увеличением пористости и ряда дефектов структуры прочностные свойства и упругость еще более снижены. Для полиминеральных горных пород определяющими являются свойства превалирующего минерала. Например, у гранитов увеличение содержания кварца повышает механическую прочность каменного материала. А увеличение количества полевых шпатов и слюды снижает прочность (высокая спайность слюды способствует разрушению гранита по плоскостям спайности). Уменьшение количества слюды либо ее замена роговой обманкой в граните придает ему повышенную прочность и вязкость. Влияние структуры горной породы Пористость является важнейшей характеристикой структуры горной породы. Наряду с структурными частицами поры активно формируют свойства горной породы. Пористость формируется в виде разных форм: грубой (туфы), крупной (ракушечники), мелкой и тонкой. Различают: • первичную пористость, возникшую в период формирования породы, под начальным давлением; как правило – это закрытая форма пористости, которая зависит от характера упаковки, размера и формы частиц; • вторичную пористость, возникшую в более поздний период формирования или отвердевания породы. Как правило – это открытая форма пористости, возникшая в ходе растворения или замещения отдельных минералов и дальнейшего выветривания. Характер влияния на физико-механические свойства каменных материалов различен для разных видов пористости: для первичной пористости снижение умеренное объясняемое наличием тончайших по размеру, замкнутых пор, а по мере роста вторичной пористости спад прочности интенсивный. Для области оптимальной структуры характерны максимальные значения параметров упругости, прочности и

52

плотности породы. К такому состоянию порода приближается в ходе длительных процессов породообразования на фоне тектонических процессов, которые могут прерываться либо изменять ход течения на разных участках земной коры. Это является причиной разнообразия свойств пород по глубине или по территории даже в рамках одного месторождения. Поэтому считается, что физико-механические свойства горной породы определяются комплексом факторов, в числе которых: состав и свойства слагающих породу минералов, характер внутренних связей между микро- и макрочастицами минерального вещества. 4.3. Общие требования к свойствам каменных материалов Каменные материалы работают в дорожных одеждах и в виде самостоятельных слоёв (в свободном или связанном виде), и в составе строительных материалов, таких как асфальтобетон, цементобетон и другие. При этом каменные материалы подвергаются совместному воздействию как транспортной нагрузки, так и погодно-климатических факторов. Такое воздействие может быть различным по интенсивности в зависимости от расположения материала в конструкции дорожной одежды. Наибольшее воздействие нагрузки и погодные факторы оказывают на материалы верхнего слоя дорожной одежды, соответственно, материалы этих слоёв должны обладать повышенными показателями прочности, морозостойкости. В нижних слоях дорожной одежды могут быть востребованы другие свойства камня, а прочностные показатели могут быть более низкими. Если каменный материал применяется в качестве заполнителя, то к нему применяются дополнительные требования, например, по обеспечению адгезии к вяжущему, пористости, водостойкости, зерновому составу. В случае использования щебня для устройства поверхностной обработки, к нему предъявляются требования повышенной прочности и износостойкости. Зерновой состав материалов характеризует макроструктуру смесей и бетонов, обеспечивает прочность и устойчивость конструкции, а также экономное расходование вяжущих материалов. Увеличение содержания щебня в асфальтобетонных смесях увеличивает сопротивление сдвигу слоя бетона в конструкции. По-

53

этому для каждого вида конструкции устанавливается определённый зерновой состав каменных материалов. Форма зёрен каменных материалов оказывает влияние на прочностные свойства конструкции. Кубовидность зёрен щебня способствует прочности слоя и увеличивает сопротивление сдвигу верхнего слоя покрытия. Содержание плоских зёрен в щебне может увеличивать прочность цементобетона на растяжение при изгибе в ходе его виброуплотнения. Загрязнённость примесями снижает качество каменных материалов. Механические примеси в виде частиц грунта вскрышных пород, пылеватых и глинистых частиц ухудшают прочность сцепления камня с вяжущим. Особенно вредны примеси в виде комовой глины. Отдельные примеси химических веществ, примеси органических соединений нарушают сцепление камня с битумом и могут снижать прочность цементного камня. Общие принципиальные параметры показателей качества щебня приведены на схеме рис. 4.1. В соответствии с этой схемой основными качественными показателями каменных материалов являются: • размер частиц в виде гранулометрического состава, максимального и минимального размера частиц; • механическая прочность, характеризуемая пределом прочности исходной горной породы, маркой по дробимости в цилиндре, маркой по истираемости, ударной прочностью, предельным содержанием зёрен слабых пород; • форма зёрен, оцениваемая по предельному содержанию частиц лещадной и игольчатой формы, • качество поверхности (развитость поверхности зёрен предпочтительнее, чем окатанность) и её чистота, характеризуемая пределом содержания пылеватых и глинистых частиц; • свойства, связанные с воздействием воды: марка по морозостойкости, водонасыщение, водонепроницаемость; • общие свойства каменных материалов: средняя, истинная и насыпная плотности, пористость, пустотность. Для оценки физико-механических свойств каменных материалов используют показатели, значения которых определяют, применяя соответствующие методы испытания.

Рис. 4.1 Классификация показателей физико-механических свойств щебня

54

55

Методы испытания для щебня приведены в ГОСТ 8269.0-97 «Щебень и гравий из плотных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний». Методы испытания для песка – ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний». 4.4. Разрушение каменных материалов и способы защиты В условиях эксплуатации в конструкциях строительные материалы разрушаются под влиянием непрерывного механического и химического воздействия атмосферных факторов. В числе этих факторов рассматриваются: • растворяющее действие воды; • воздействие газов СО2, SO3; • попеременное увлажнение и высыхание, попеременное замораживание и оттаивание; • резкое изменение температуры воздуха. Эти факторы сокращают срок службы сооружений. Вода медленно, но постоянно воздействуя на горную пород, у способствует растворению в ней растворимых минералов. В результате происходит шелушение поверхности камня, опасное тем, что внешне выявляется лишь после обрушения. Вода разрушает минералы опосредованно соединениями от частичного распада минералов – углекислыми щелочами (продукт разрушение полевых шпатов), серной кислотой (продукт разрушения пирита). Граниты, например, разрушаются от действия углекислых солей калия, натрия и аморфного кремнезема в ходе преобразования полевых шпатов в минерал каолинит. Атмосферный воздух содержит газы-компоненты СО2 и прочее, а также дымовые газы, включающие SO3, CO, CO2, HCl, сажу. Имеются следы пыли, выступающей в роли абразива, шлифующего камень. Пыль способствует развитию низших форм растений (водорослей, лишаев) разрушающих горные породы. Газы, реагируя с составными частями ряда пород, образуют легкорастворимые соединения серной и соляной кислот. Кислород воздуха, как окислитель, разрушает минералы закись железа, пирит. Углекислота и влага воздуха образуют хорошо растворимые двууглекислые соли, взаимодействуя с минералами кальцит, доломит, магнезит. Эти процессы называют химическим выветриванием.

56

Температурный фактор – разрушение камня из-за различий коэффициентов температурного расширения минералов, слагающих горную породу. В эту же категорию можно отнести разрушение от попеременного замораживания и оттаивания, особенно в связи с пористостью. Имеющиеся данные показывают, что кварц является исключительно погодостойким. Наименее долговечными являются слюды, оливин, сульфиды, цеолиты. Учитывая разрушающие факторы окружающей среды в практике строительства принимаются меры по защите сооружений. Мероприятия выполняются в соответствии с рекомендациями нормативного документа СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85». Этим документом предписывается, что защиту строительных конструкций от коррозии необходимо обеспечивать методами первичной и вторичной защиты, а также специальными мерами. Первичная защита строительных конструкций и материалов от коррозии должна осуществляться в процессе проектирования и изготовления конструкций и включать в себя выбор конструктивных решений, снижающих агрессивное воздействие, и материалов, стойких в среде, создающейся при эксплуатации. Вторичная защита строительных конструкций и материалов включает в себя мероприятия, обеспечивающие защиту от коррозии в случаях, когда меры первичной защиты недостаточны. Меры вторичной защиты включают в себя применение защитных покрытий, пропиток и другие способы изоляции конструкций от агрессивного воздействия среды. Например, защита от воды предполагает в конструктивном плане применение материала с полированной поверхностью, обеспечивающей быстрый сток воды, либо химический способ флютирования – пропитку водным раствором веществ, вступающих в химическое взаимодействие с минералами камня, переходя в нерастворимое состояние.

57

5. РЫХЛЫЕ (СЫПУЧИЕ) КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ШТУЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ 5.1. Щебень, гравий Щебень (macadam, broken stone, crushed stone, ballast – англ.) – строительный материал рыхлый, сыпучий, в виде угловатых зерен размером от 5 мм до 150 мм, полученный дроблением с последующим рассевом горных пород или искусственных материалов. Гра́вий (gravel) – рыхлая крупнообломочная осадочная горная порода, сложенная окатанными обломками пород, образовавшихся в результате выветривания твёрдых горных пород. В природе чаще существует в виде гравийно-песчаной смеси (ПГС).

а)

б)

Рис. 5.1. Внешний вид щебня (а) и гравия (б)

Нормирование свойств щебня и гравия выполняется по значениям, приведенным в ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия». (Дата последнего изменения: 21.12.2017). По действующему стандарту в настоящее время щебень (гравий) выпускается следующих основных фракций: 5(3)…10 мм; 10… 15 мм; 10… 20 мм; 15…20 мм; 20…40 мм; 40…80(70) мм и смеси фракций 5(3)…20 мм. Важным параметром щебня является гранулометрический (зерновой) состав. Для его определения выполняется рассев образца в виде навески щебня. Рассев выполняется с помощью набора стандартных сит. По действующему стандарту сита имеют круглые отвер-

58

стия размером 5, 10, 15, 20, 40 мм. Также по новым предварительным стандартам (ПНСТ) допускается рассев материала на ситах с квадратными отверстиями европейской номенклатуры в дюймах. В ходе рассева получают определенную часть навески на каждом из сит. Весовая характеристика материала, накопившаяся на данном сите, отнесенная в процентах к общей массе исходной навески, называется частным остатком на данном сите (аi). Понятие полного остатка на данном сите (Аi) включает в себя количество материала, крупнее данного размера, отнесенное к общей массе навески. Полный остаток рассчитывается арифметически путем суммирования частных остатков на вышележащих ситах с частным остатком на данном сите. При использовании отдельных фракций или смеси фракций щебня (гравия) полные остатки на контрольных ситах должны соответствовать показателям, указанным в табл. 5.1. Таблица 5.1 Диаметр отверстий контрольных сит, мм Полные остатки на ситах, % по массе

d

0,5(d + D)

D

1,25D

От 90 до 100

От 30 до 60

До 10

До 0,5

Примечания 1. Для щебня и гравия фракций от 5(3) до 10 мм и смеси фракций от 5(3) до 20 мм применяют дополнительно: нижние сита 2,5 мм (1,25 мм), полный остаток на которых должен быть от 95% до 100%. 2. По согласованию изготовителя с потребителем допускается изготавливать щебень и гравий с полным остатком на сите 0,5(d + D) от 30% до 80% по массе.

Щебень из гравия и валунов должен содержать дробленые зерна в количестве не менее 80% по массе. Форму зерен щебня и гравия характеризуют содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы. Щебень в зависимости от содержания зерен пластинчатой и игловатой формы подразделяют на пять групп, которые должны соответствовать значениям, указанным в табл. 5.2. Прочность щебня и гравия характеризуют маркой по дробимости при сжатии (раздавливании) в цилиндре. Щебень и гравий, предназначенные для строительства автомобильных дорог, характеризуют маркой по дробимости при сжатии (раздавливании) в цилиндре и маркой по истираемости, определяемой испытанием в полочном барабане. Марки по дробимости щебня из осадочных и метаморфических пород должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 5.3, а марки по дробимости щебня из изверженных пород – в табл. 5.4.

59

Таблица 5.2 Группа щебня

Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы, % по массе

1 2 3 4 5

До 10 включ. Св. 10 до 15 включ. Св. 15 до 25 включ. Св. 25 до 35 включ. Св. 35 до 50 включ.

Примечание По согласованию изготовителя с потребителем допускается выпуск щебня из изверженных горных пород, содержащего свыше 50%, но не более 65% зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы. Гравий не должен содержать зерен пластинчатой и игловатой формы более 35% по массе.

Таблица 5.3 Потеря массы при испытании щебня, %

Марка по дробимости щебня из осадочных и метаморфических пород

в сухом состоянии

1200 1000 800 600 400 300 200

До 11 включ. Св. 11 до 13 « 13 « 15 « 15 « 19 « 19 « 24 « 24 « 28 « 28 « 35

в насыщенном водой состоянии До 11 включ. Св. 11 до 13 « 13 « 15 « 15 « 20 « 20 « 28 « 28 « 38 « 38 « 54

Таблица 5.4 Марка по дробимости щебня из изверженных пород 1400 1200 1000 800 600

Потеря массы при испытании щебня, % из интрузивных пород До 12 включ. Св. 12 до 16 « 16 « 20 « 20 « 25 « 25 « 34

из эффузивных пород До 9 включ. Св. 9 до 11 « 11 « 13 « 13 « 15 « 15 « 20

Допускается определять марку щебня из осадочных и метаморфических пород как в сухом, так и в насыщенном водой состоянии. При несовпадении марок по дробимости прочность оценивают по результатам испытания в насыщенном водой состоянии. Марки по дробимости щебня из гравия и гравия должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 5.5.

60

Таблица 5.5 Марка по дробимости щебня из гравия и гравия 1000 800 600 400

Потеря массы при испытании, % щебня из гравия До 10 включ. Св. 10 до 14 « 14 « 18 « 18 « 26

гравия До 8 включ. Св. 8 до 12 « 12 « 16 « 16 « 24

Марки по истираемости щебня и гравия должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 5.6. Таблица 5.6 Марка по истираемости щебня и гравия И1 И2 И3 И4

Потеря массы при испытании, % щебня До 25 включ. Св. 25 до 35 « 35 « 45 « 45 « 60

гравия До 20 включ. Св. 20 до 30 « 30 « 40 « 40 « 40*

Содержание зерен слабых пород в щебне и гравии в зависимости от вида горной породы и марки по дробимости не должно быть более указанного в табл. 5.7. Таблица 5.7 Вид породы и марка по дробимости щебня и гравия Щебень из изверженных, метаморфических и осадочных горных пород марок: 1400; 1200; 1000 800; 600; 400 300 Щебень из гравия и валунов и гравий марок: 1000; 800; 600 400

Содержание зерен слабых пород, % по массе

5 10 15 10 15

Морозостойкость щебня и гравия характеризуют числом циклов замораживания и оттаивания, при котором потери в процентах по массе щебня и гравия не превышают установленных значений. Допускается оценивать морозостойкость щебня и гравия по числу циклов насыщения в растворе сернокислого натрия и высушивания. При несовпадении марок морозостойкость оценивают по результатам испытания замораживанием и оттаиванием.

61

Щебень и гравий по морозостойкости подразделяют на следующие марки: F15, F25, F50, F100, F150, F200, F300, F400. Показатели морозостойкости щебня и гравия при испытании замораживанием и оттаиванием или насыщением в растворе сернокислого натрия и высушиванием должны соответствовать значениям, указанным в табл. 5.8. Таблица 5.8 Вид испытания Замораживаниеоттаивание: – число циклов – потеря массы %, не более Насыщение в растворе NaCl: – число циклов – потеря массы, %, не более

Марка по морозостойкости щебня и гравия F15

F25

F50

F100

F150

F200

F300

F400

15

25

50

100

150

200

300

400

˂ 10

˂ 10

˂5

˂5

˂5

˂5

˂5

˂5

3

5

10

10

15

15

15

15

˂ 10

˂ 10

˂ 10

˂5

˂5

˂3

˂2

˂1

Содержание пылевидных и глинистых частиц (размером менее 0,05 мм) в щебне и гравии в зависимости от вида горной породы и марки по дробимости должно соответствовать значению, указанному в табл. 5.9. Таблица 5.9 Вид породы и марка по дробимости щебня и гравия Щебень из изверженных и метаморфических пород марок: св. 800 св. 600 до 800 включ. Щебень из осадочных пород марок: от 600 до 1200 включ. 200, 400 Щебень из гравия и гравий марок: 1000 800 600 400 Щебень из валунов марок: 1200 1000 800 600 400

Содержание пылевидных и глинистых частиц, % по массе, не более

1 1 2 3 1 1 2 3 1 1 1 2 3

62

Содержание глины в комках не должно быть более значения, указанного в табл. 5.10. Таблица 5.10 Марка по дробимости щебня и гравия

Содержание глины в комках, % по массе, не более

Щебень из изверженных, осадочных и метаморфических пород марок: 400 и выше 300, 200 Щебень из гравия и гравий марок: 1000, 800, 600, 400 Щебень из валунов марок: 1200, 1000, 800, 600

0,25 0,5 0,25 0,25

При производстве щебня и гравия должна проводиться их радиационно-гигиеническая оценка, по результатам которой устанавливают область применения. Щебень и гравий в зависимости от значений суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов Аэфф. применяют: • при Аэфф. до 370 Бк/кг – во вновь строящихся жилых и общественных зданиях; • при Аэфф. св. 370 до 740 Бк/кг – для дорожного строительства в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных зданий и сооружений; • при Аэфф. св. 740 до 1500 Бк/кг – в дорожном строительстве вне населенных пунктов. При необходимости в национальных нормах, действующих на территории государства, величина удельной эффективной активности естественных радионуклидов может быть изменена в пределах норм, указанных выше. Щебень и гравий не должны содержать посторонних засоряющих примесей. 5.2. Песок строительный Песок (sand – англ.) – неорганический сыпучий материал с крупностью зерен до 5мм. Песок – это мелкообломочная рыхлая осадочная горная порода, состоящая из зёрен минералов разрушенных горных пород. Состоит главным образом из зёрен минералов (кварца, полевого шпата, слюд и др.), мелких обломков пород и иногда частиц

63

скелетов ископаемых организмов (кораллов и др.). Свойства песка приведены в ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ. Технические условия (с Поправкой)». В зависимости от зернового состава (см. табл. 5.13) и содержания пылевидных и глинистых частиц (см. табл. 5.14) песок подразделяют на два класса: • класс I; • класс II. В зависимости от крупности зерен (модуля крупности) песок классов I и II подразделяют на группы: • песок класса I – повышенной крупности, крупный, средний и мелкий; • песок класса II – повышенной крупности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий. Каждую группу песка характеризуют значением модуля крупности Мк, указанным в табл. 5.11. Модуль крупности рассчитывается по формуле А + А1,25 + А0,63 + А0,315 + А0,16 Мк = 2,5 , 100 где Аi – частные остатки на соответствующих ситах. Таблица 5.11 Группа песка Повышенной крупности Крупный Средний Мелкий Очень мелкий Тонкий Очень тонкий

Модуль крупности Мк Св. 3,0 до 3,5 « 2,5 до 3,0 « 2,0 « 2,5 « 1,5 « 2,0 « 1,0 « 1,5 « 0,7 « 1,0 До 0,7

Полный остаток песка на сите № 063 должен соответствовать значениям, указанным в табл. 5.12. Содержание в песке зерен крупностью свыше 10; 5 и менее 0,16 мм не должно превышать значений, указанных в табл. 5.13. Для песков, применяемых в составе асфальтобетонных смесей, содержание зерен менее 0,16 мм не нормируется. Содержание в песке пылевидных и глинистых частиц, а также глины в комках не должно превышать значений, указанных в табл. 5.14.

64

Таблица 5.12 Группа песка

Полный остаток на сите N 063, в процентах по массе

Повышенной крупности Крупный Средний Мелкий Очень мелкий Тонкий Очень тонкий

Св. 65 до 75 « 45 « 65 « 30 « 45 « 10 « 30 До 10 Не нормируется Не нормируется

Примечание По согласованию предприятия-изготовителя с потребителем в песке класса II допускается отклонение полного остатка на сите № 063 от вышеуказанных не более чем на ±5%.

Таблица 5.13 Класс песка I

II

Группа песка Повышенной крупности, крупный и средний Мелкий Повышенной крупности Крупный и средний Мелкий и очень мелкий Тонкий и очень тонкий

Содержание зерен крупностью, в процентах по массе Св. 10 мм

Св. 5 мм

Менее 0,16 мм

0,5

5

5

0,5

5

10

5 20 5 15 0,5 10 Не допускается

10 15 20 Не норм.

Таблица 5.14 Класс песка

Группа песка

Содержание пылевидных и глинистых частиц

Содержание глины в комках

в процентах по массе I

II

Повышенной крупности, крупный и средний Мелкий Повышенной крупности, крупный и средний Мелкий и очень мелкий Тонкий и очень тонкий

2

0,25

3

0,35

3

0,5

5 10

0,5 1,0

Примечание Содержание пылевидных и глинистых частиц в очень мелком песке класса II по согласованию с потребителем допускается до 7% по массе.

Пески могут различаться по происхождению (генезису) и соответственно, по способу производства. Бывают пески природные (реч-

65

ные и морские, намывные), из песчано-гравийных смесей (ПГС) и искусственные (дробленые, фракционированные, высевки или отход дробления горных пород). Пески из отсевов дробления в зависимости от прочности исходных горных пород можно разделять на марки. Изверженные и метаморфические горные породы должны иметь предел прочности при сжатии не менее 60 МПа, осадочные – не менее 400 МПа. Песок, предназначенный для применения в качестве заполнителя для бетона, должен обладать стойкостью к химическому воздействию щелочей цемента. Стойкость песка определяют по минералогопетрографическому составу и содержанию вредных компонентов и примесей. Вредными примесями в песке являются: аморфные разновидности диоксида кремния (халцедон, опал, кремень), сера, сульфиды и сульфаты (гипс, ангидрит), слоистые силикаты (слюды, хлориты), магнетит, гидроокиси железа, апатит, нефелин, органические примеси, уголь, графит, горючие сланцы. Песок отличается от крупного заполнителя способностью увеличивать свой объем и уменьшать насыпную плотность при изменении влажности от 0 до 20…25%. В сухом песке зерна расположены плотно, при увлажнении возникают капиллярные силы, которые препятствуют плотной укладке зерен. Наибольший объём и наименьшую насыпную плотность песок имеет при влажности 4…7%. Это необходимо учитывать при работе с песком и применении его в строительстве. 5.3. Штучный камень и изделия

Природный камень, доставленный из карьеров, подвергается распиливанию для получения штучных изделий: стеновых камней, стеновых блоков, кровельных плиток, шашек для мощения, брусчатки, бортового камня. Для каждого конкретного строительства нормативно-техническими документами рекомендуются определенные виды материалов и изделий из природного камня. Для возведения фундаментов, например, пригоден бутовый камень, пиленые и колотые камни из всех видов пород, а для кладки стен – камни (плиты), блоки из всех разновидностей известняков, доломитов, песчаников, вулканического туфа. Для наружной облицовки применяют плиты из гранита, диорита, габбро, базальта, кварцита; для внутренней отделки – плиты из мрамора, гипсового камня.

66

Рис. 5.1. Стеновые камни из известняка-ракушечника

Пилёные камни и блоки используются главным образом как местные стеновые материалы. Стеновые камни выпиливают из массива горной породы либо распиливая блоки-заготовки из туфов и пористых известняков. Размеры камней бывают 390×190×180, 490×240×188; один камень заменяет 8–12 кирпичей.

Рис. 5.2. Стеновые облицовочные блоки из гранита

Облицовочные камни, плиты и фасонные изделия с различным характером поверхности (фактуры) – колотые, тёсаные, шлифованные и полированные – применяют в большом объёме для наружной и внутренней отделки зданий, настилки полов, изготовления ступеней, парапетов, ограждений и др. Этому способствуют их высокие декоративные качества и долговечность, а также снижение их стоимости в результате внедрения новейших методов обработки (алмазного инструмента, термообработки, способов механизированного раскалывания и др.). Кровельные плитки (природный шифер) имеет размеры изделий от 250×150 до 600×350 мм, толщиной 4…8 мм. Их получают раскалы-

67

ванием и обрезкой глинистого сланца. Это самый долговечный (сотни лет) кровельный материал. Шашка для мощения (рис. 5.3) – грубоколотые камни неправильной формы, приближающейся к призме или усеченной пирамиде. Пакеляжная шашка применяется для устройства оснований для дорожного покрытия.

4 Рис. 5.3 Шашка: 1 – для мощения; 2, 3 – пакеляжная, 4 – внешний вид изделий

Гранитная шашка (рис. 5.4) – это колотая брусчатка из гранита, размерами 10×10×5 см, или 10×10×10 см. В отличие от пиленоколотой брусчатки, все грани «кубика» неровные, шероховатые. Стоит этот материал для дорожного благоустройства дешевле, но ценится за «натуральность», уникальный вид «дикого» камня.

Рис. 5.4. Современные параметры изделия из гранита – шашки

68

Брусчатка (рис. 5.5) – колотые и тесаные бруски камня, близкие по форме к параллелепипеду и имеющие плоскую лицевую сторону в виде прямоугольника. Природный камень в дорожном строительстве широко используется в виде бортового камня, брусчатки, для защитной облицовки мостовых опор, а также парапетных, тротуарных плит.

Рис. 5.5. Брусчатка

В последнее время этот материал приобрел огромную популярность, так как: • долговечен; • стойкий к влаге, морозу; • красив и натурален; • не впитывает химические вещества. Бортовой камень (рис. 5.6) служит для отделения проезжей части дороги от тротуара.

Рис. 5.6. Бортовой камень: а – прямой, б – лекальный, в – для съездов

69

Природные каменные материалы по средней плотности делятся на легкие (плотность менее 1800 кг/м3) и тяжелые (плотность более 1800 кг/м3). Легкие (вулканический туф, пемза, известняк-ракушечник) применяются в виде штучного камня и блоков для стен зданий, заполнителя для легкого бетона, теплоизоляционных материалов; тяжелые (гранит, сиенит и т.п.) – для несущих конструкций, дорог, мостов и т.п. По прочности на сжатие каменные материалы делятся на следующие марки (кг/см2): • легкие: 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200; • тяжелые: 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200 и более. По морозостойкости каменные материалы разделяют на марки: 10, 15, 25, 50, 100, 150, 200, 300 и 500. Высокую морозостойкость имеют плотные камни с равномерно-зернистой структурой. В строительстве применяют каменные материалы следующих групп по водостойкости: с коэффициентом размягчения 0,6, 0,75, 0,9 и 1. Коэффициент размягчения камня, применяемого для гидротехнических сооружений и фундаментов, должен быть не менее 0,6, для наружных стен зданий – не менее 0,9. При устройстве дорожных покрытий, полов, лестниц и т.п. важное значение имеют истираемость и износостойкость. Мелкокристаллические материалы при истирании становятся слишком скользкими, поэтому для дорожных покрытий, полов, лестниц следует применять среднезернистые материалы, которые при истирании остаются немного шероховатыми. При выкрашивании крупных зерен в процессе истирания в камне образуются выбоины.

70

6. ПРИМЕНЕНИЕ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

С древних времен природный камень был основным строительным материалом. Все древние постройки (мосты, акведуки, храмы, крепости, дворцы) возводились из природного камня. До наших дней во многих странах сохранились выдающиеся памятники каменного зодчества как часть древнейших цивилизаций, существовавших на земле. Каменные материалы очень прочны, долговечны, огнестойки и, как правило, являются местным строительным материалом. В наше время для возведения несущих конструкций (стен, колонн, арок, куполов и др.) тяжёлые плотные каменные материалы не применяют. Но тем не менее, они широко используются в современном строительстве: при возведении дорог и аэродромов, мостов, гидротехнических сооружений, для облицовочных работ; пористые каменные материалы применяются в конструкциях стен промышленных, общественных и гражданских зданий; для производства искусственных каменных материалов, минеральных вяжущих. В общей сооружаемых объектов масса материалов и конструкций, получаемых на основе минерального сырья, составляет в среднем 70%. Из общего количества камня, добываемого в качестве технологического сырья, около 75% используют непосредственно в строительстве, в основном для изготовления бетонных конструкций; остальные 25% идут на производство цемента и других вяжущих веществ, а также для производства стеновых изделий из природного камня. В табл. 6.1 даны примеры применения каменных материалов в строительстве и для производства строительных материалов. Таблица 6.1 Назначение Мощение автомобильных дорог Слои дорожной одежды Щебень для тяжёлого бетона Плиты для тротуаров Мелкий заполнитель для бетонов и растворов Щебень для лёгкого бетона

Требования Износостойкость, прочность, морозостойкость Износостойкость, прочность, морозостойкость Износостойкость, прочность, морозостойкость Износостойкость, прочность, морозостойкость Плотность 2000…2800 кг/м3 Плотность до 1200 кг/м3

Рекомендуемые горные породы Базальт, диабаз, гранит, сиенит, диорит, габбро Гравий, песок Гранит, сиенит, диорит, базальт, плотный известняк, доломит, кварцит Гнейсы Песок кварцевый, полевошпатный Известняк пористый, туф, трахит

71

Продолжение табл. 6.1 Назначение

Требования

Фундаменты

Плотность более 2000 кг/м3, морозостойкость

Стены зданий

Плотность не более 2300 кг/м3, водонасыщение не более 30%, морозостойкость не менее F15 Атмосферостойкость, декоративные качества

Наружная облицовка зданий Внутренняя облицовка

Декоративные качества, лёгкость обработки

Наружные лестницы и площадки, парапеты и ограждения Внутренние лестницы и площадки, полы Гидротехнические сооружения

Стойкость на истирание

Облицовка гидротехнических сооружений

Стойкость на истирание Плотность, морозостойкость, прочность

Жаростойкие облицовки, футеровки и кладки Кислотоупорные облицовки, футеровки и кладки

Морозостойкость 150…500, прочность не ниже 80…100М Па, твердость, водопоглощение не более 1% Морозостойкость, прочность, плотность Атмосферостойкость, долговечность Жаростойкость, теплостойкость, прочность Кислотоупорность, вязкость, прочность

Щёлочестойкие облицовки, футеровки и кладки

Щёлочестойкость, прочность

Портландцемент

Минералогический состав

Известь Строительный гипс Магнезиальные вяжущие Керамическое материалы Силикатные материалы Минеральные добавки к вяжущим материалам

Минералогический состав Минералогический состав Минералогический состав Минералогический состав Минералогический состав Минералогический состав

Подземные сооружения и мосты Кровля

Рекомендуемые горные породы Все виды горных пород (бутовый камень, камни пиленые и колотые) Пористые известняки, доломит, песчаник, вулканический туф, гипсовый камень Гранит, сиенит, диорит, габбро, лабрадорит, базальт, кварцит, плотный известняк Мрамор, гипсовый камень, ангидрит, ракушечник, брекчии, вулканические туфы Гранит, сиенит, диорит, габбро, лабрадорит, базальт, песчаник Мрамор, гранит, лабрадорит, глинистый сланец Гранит, сиенит, диорит, габбро, лабрадорит, базальт, песчаник Гранит и другие изверженные породы

Гранит и другие изверженные породы Глинистый сланец Базальт, диабаз, андезит, туф, тальковый камень Андезит, гранит, диорит, кварцит, базальт, диабаз, кремнистые песчаники Плотные известняки, доломит, магнезит, известковый песчаник Известняки, мел, глина, мергель Известняки Гипсовый камень Магнезит, доломит Глина, песок Песок Гипс, диатомит, трепел, опока, вулканические пеплы, туф

72

Окончание табл. 6.1 Назначение

Требования

Теплоизоляционные материалы

Низкая средняя плотность, высокая пористость

Огнеупорные материалы

Минералогический состав

Стекло оконное

Минералогический состав

Рекомендуемые горные породы Вермикулит, перлит, хризотил-асбест, диатомит, трепел, мергель, туф, пемза Кварцит, кварцевый песок, магнезит, доломит Кварцевый песок, известняк

Каменные материалы из отходов в дорожном строительстве В целях расширения сырьевой базы природных каменных материалов и улучшения окружающей среды в дорожном строительстве применяют каменные материалы из различных отходов промышленности и бытовых отходов. Отходы ГОКов Отходы горно-обогатительных, горно-перерабатывающих и горнодобывающих предприятий представлены осадочными или изверженными горными породами в виде щебня, гравия и песка. Плотность щебня и песка аналогичны плотности таких материалов из природных горных пород. После дробления и сортировки отходов может быть получен любой стандартный зерновой состав щебня, песка или их смесей. Прочность щебня колеблется в пределах от 400 до 1200. Марка морозостойкости, оцениваемая количеством выдержанных циклов попеременного замораживания-оттаивания, составляет F25…F100. Щебень и песок из этих отходов находят применение во всех видах дорожного строительства. Годовой объём выходов отходов ГОК превышал 100 млн т. Они имеются на территориях Северо-Западного, Центрального, Уральского, Сибирского и Дальневосточного округов. Окисленные кварциты Щебень из окисленных железистых кварцитов горно-обогатительных комбинатов Курской области (Курской магнитной аномалии) характеризуется повышенной, по сравнению с традиционными материалами, плотностью. После дробления и сортировки может быть получен щебень, песок и смеси любых стандартных фракций. Щебень имеет марку прочности по дробимости в цилиндре 1000…1400, по ис-

73

тираемости в полочном барабане ‒ И 1, марку по морозостойкости F50…F150 (потери массы до 1%), содержит пластинчатых (лещадных) и игловатых зёрен от 19 до 32%, пылевидных и глинистых частиц – до 2%. Щебень имеет устойчивую структуру против всех видов распадов (потери массы после испытаний – до 1%). Полученные характеристики соответствуют требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 3344-83. Для использования щебня в основаниях из готовых смесей по ГОСТ 25607-94 рекомендуется готовить и применять смесь 0‒70 мм с содержанием фракций 10‒70 мм – 50% и фракций 0‒10 мм – 50%, соответствующей смеси С 5 ГОСТ 25607-94, а также смесь С 6 ГОСТ 25607-94, содержащей 75% фракции 10–40 мм и 25% фракции 0‒10 мм. Для использования щебня в щебёночных основаниях, устраиваемых методом заклинки, в качестве основного материала рекомендуется использовать согласно СП 34.13330.2012 «СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги», щебень фракции 40‒70 мм, в качестве расклинивающего материала ‒ щебень фракции 10‒20 и 5‒10 мм, которые можно получить рассевом фракций 10‒40 или 40‒70 мм. Допускается в качестве расклинивающей фракции вместо фракций 10‒20 и 5‒10 мм использовать отсевы дробления фракций 0‒10 мм, зерновой состав которой соответствует требованиям ГОСТ 25607-94 (С 12), или смесь фракций 5‒20 мм. Шлаки черной и цветной металлургии Шлаки чёрной и цветной металлургии и фосфорные представлены в виде щебня, песка и смесей из них. Дроблением и сортировкой можно получить щебень и песок, а также щебёночно-песчаные смеси любых стандартных фракций. Прочность щебня колеблется от 200 до 1200. Марка морозостойкости находится, как правило, в пределах F25–F150. Некоторые виды шлаков обладают свойствами самоцементации. Применяются шлаки в основном для строительства оснований, а также для приготовления шлакового вяжущего марок 50‒200. Годовой объём выхода шлаков чёрной и цветной металлургии превышал 75 млн т. Они имеются на территориях Северо-Западного, Центрального, Поволжского, Уральского и Сибирского административных округов. Шламы Шламы (отход производства алюминия) по зерновому составу представляет собой песок.

74

Содержание в шламах большого количества белита позволяет применять их в качестве материала основания, который со временем омоноличивается; к 360 суткам его прочность при сжатии достигает 6 МПа. Разработаны технологии получения из шламов минеральных вяжущих марок 100-200. Шламы имеются в Северо-Западном, Уральском и Сибирском административных округах. Годовой объём выхода составлял около 8 млн т. Золы и золошлаки ТЭЦ Золы и золошлаковые отходы ТЭЦ подразделяются на две основные группы: сухого удаления и гидроудаления. Золы сухого удаления по зерновому составу могут быть отнесены к мелкому песку. Они обладают вяжущими свойствами и могут быть применены для строительства укреплённых оснований дорожных одежд в качестве, вяжущих взамен цемента. Ориентировочный расход 10…20%. Прочность обработанного материала в возрасте 90 суток составляет 1‒6 МПа. Золы гидроудаления по зерновому составу представляют собой пески. Золошлаковые отходы гидроудаления содержат также и гравелистую фракцию. Зерновой состав золошлаковых отходов представляет, как правило, 0‒20 мм, реже 0‒40 мм. Марки прочности шлака колеблются в пределах от 200 до 600, марка морозостойкости составляет F15‒F50. Золы гидроудаления применяются, как правило, для строительства земляного полотна. Золошлаки гидроудаления могут быть использованы для устройства оснований дорожных одежд. Золошлаки и золы имеются во всех регионах страны. Годовой выход сухой золы ‒ 10 млн т, золошлаков ‒ 60 млн т. Гипсосодержащие отходы Из гипсосодержащих отходов – фосфогипса, борогипса, фторангидрида наиболее распространён фосфогипс, подразделяющийся на две группы: полугидрат и дигидрат. По зерновому составу это порошкообразный материал с максимальным размером зерна 1 мм. Фосфогипс-полугидрат обладает вяжущими свойствами в течение примерно трех суток после выпуска и применяется для строительства монолитных оснований. Прочность такого материала при сжатии в возрасте 28 суток составляет 2‒6 МПа.

75

Фосфогипс-дигидрат не обладает вяжущими свойствами и может применяться в отдельных случаях как добавка к цементу при строительстве укреплённых оснований. Фосфогипс-дигидрат, обработанный по специальной технологии, может быть использован для производства гипсовых вяжущих. Щебень из красного кирпича Из бывшего в употреблении красного кирпича дроблением и сортировкой может быть получен щебень, песок и щебёночнопесчаные смеси любых стандартных фракций. Испытания щебня из красного кирпича, бывшего в употреблении, показывают, что щебень имеет марку прочности по дробимости в цилиндре 200, по истираемости в полочном барабане ‒ И 4. Марку по морозостойкости F25, содержит до 20% пластинчатых (лещадных) и игловатых зёрен, пылевидных и глинистых частиц ‒ до 3%. Щебень по приведённым выше характеристикам соответствует требования ГОСТ 8267-93. Щебень, песок и щебёночно-песчаные смеси могут быть использованы для строительства щебёночных оснований автомобильных дорог в соответствии с требованиями СП 34.13330.2012 «СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги», а также для оснований площадок для стоянки автомобилей, площадок внутридворовых территорий, садово-парковых дорожек, для укрепления обочин. Щебень из лома цементобетона Щебень, песок и щебёночно-песчаные смеси любых стандартных фракций из цементобетона, бывшего в употреблении, показывают, что щебень имеет марку прочности по дробимости в цилиндре 400, по истираемости в полочном барабане И 3, марку по морозостойкости F25, содержит до 15% пластинчатых (лещадных) и игловатых зёрен, пылевидных и глинистых частиц ‒ до 3%. Щебень по указанным выше показателям и зерновому составу соответствует требованиям ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ». Щебень, песок и щебёночно-песчаные смеси из цементобетона бывшие употреблении могут быть использованы для строительства щебёночных оснований автомобильных дорог в соответствии с требованиями СП 34.13330.2012 «СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги».

76

Щебень и песок из старого асфальтобетона В последние годы значительно увеличился объём сфрезерованного старого асфальтобетонного покрытия, и возникла проблема его утилизации. Результаты испытаний показали, что зерновой состав сфрезерованного старого асфальтобетонного покрытия представлен смесью 0‒20 или 0‒40 мм после экстрагирования установлено, что минеральная смесь включает в себя минеральный порошок, песок (отсевы дробления) и щебень. Щебень, как правило, изверженных горных пород имеет марку прочности 800, 1200, марку морозостойкости F 50‒F 100. С целью оптимизации зернового состава асфальтобетонного гранулята были испытаны составные смеси, оптимальные для щебёночных оснований по ГОСТ 25607-94 «Смеси щебеночно-гравийнопесчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов» из известняка марки прочности 600 и морозостойкости F25 и асфальтобетонного гранулята. Критерием оценки пригодности смеси для устройства щебёночных оснований служит несущая способность, определяемая модулем упругости, который должен соответствовать требованиям ОДН 218.046-01 для щебёночных оснований, устраиваемых методом смещения исходных материалов в определённых пропорциях. Результаты определения характеристик различных смесей (оптимальная влажность, максимальная плотность, модуль упругости) показали, что замена 20‒30% природного щебня асфальтовым гранулятом является эффективной и целесообразной ‒ несущая способность щебёночных оснований из таких смесей и плотность несколько увеличивается. На основе полученных результатов разработаны рекомендации по устройству щебёночных оснований с использованием 20‒30% старого снятого асфальтобетона (асфальтового гранулята). Песок из бытовых отходов Испытанные пробы бытовых отходов, полученных на мусоросжигающих заводах, по зерновому составу представляют собой фракцию 20‒0 мм. Песчаную часть (5‒0) мм согласно ГОСТ 8236-93 «Песок для строительных работ. Технические условия» можно отнести к отсевам дробления. По модулю крупности Мк = 3,2 и полному остатку на сите 0,63 мм, равному 70% бытовые отходы относятся к группе песков

77

(отсевов) повышенной крупности. По содержанию зёрен выше 5 мм и менее 0,16 мм бытовые отходы относятся ко II классу. Содержание пылевидных и глинистых частиц составляет 3,8%. Щебёночная составляющая бытовых отходов 20‒5 мм имеет марку прочности по дробимости в цилиндре 300…400 по ГОСТ 8267-93 при оценке их условно как осадочных горных пород. Потери массы после испытания на дробимость в цилиндре составляет 24‒30%. Следует, однако, отметить, что необходимо разработать специальные технические условия. Насыпная плотность бытовых отходов равна 1260‒1300 кг/м2. Испытанные материалы могут быть использованы для устройства дополнительных слоев оснований дорожных одежд и как компонент смеси при устройстве щебёночных оснований и оснований из щебёночно-песчаных смесей, обработанных цементом.

78

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Где добывают каменные материалы? 2. Какие бывают карьеры? 3. Какие способы разработки карьеров каменных материалов; особенности добычи песка и гравия? 4. Каковы цели дробления; применяемое оборудования? 5. Как классифицируют каменные материалы по крупности? 6. Как обеспечивается техника безопасности при добыче каменных материалов? 7. Что такое горная порода? 8. Каковы условия образования горных пород? 9. Как и по каким признакам классифицируют горные породы в зависимости от происхождения? 10. Какие основные свойства исследуются при применении горных пород в строительном производстве? 11. В чем отличие горных пород от минералов? 12. Какая структура природных минералов? 13. Какой химический состав природных минералов? 14. Что такое твердость, спайность, излом и окраска природных минералов? 15. Что такое структура и текстура горной породы? 16. Как влияет состав горной породы на ее структуру и свойства? 17. Каковы требования к общим свойства каменных материалов для из применения в дорожном строительстве? 18. Каковы виды разрушения каменных материалов и способы защиты от разрушений? 19. Что такое щебень, гравий? 20. Каковы требования к свойствам щебня и гравия? 21. Какими показателями характеризуют прочность щебня и гравия? 22. Что такое песок строительный? 23. Как классифицируют песок по способу добычи и по крупности? 24. Что такое модуль крупности песка? 25. Что такое штучные изделия из каменных материалов и какова область их применения?

79

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Акимова, Т.Н. Природные каменные материалы: методические указания / Т.Н. Акимова, И.Б. Курденкова. – М., 2007. – 52 с. 2. Вайсберг, Л.А. Технологии производства высококачественного щебня / Л.А. Вайсберг, А.Д. Шулояков // Дорожная техника. – 2004. – С. 196–200. 3. Исаев, В.С. Каменные материалы и слои дорожных одежд из них / В.С. Исаев // Наука и техника в дорожной отрасли. – 2006. – № 4. – С. 26–28. 4. Короновский, Н.В. Общая геология / Н.В. Короновский. – М.: Изд-во «КДУ», 2006. 5. Курденков, Б.И. Улучшение технических свойств каменных материалов при их производстве / Б.И. Курденков, К.В. Мохортов. – М.: Высшая школа, 1976, 175 с. 6. Курденкова, И.Б. Производство каменных материалов для дорожного строительства и современные способы улучшения их качества / И.Б. Курденкова, П.В. Чернобровкин. – М.: Информавтодор, 2009. – № 2. – 96 с. 7. Руководство по обогащению отсевов дробления и разнопрочных каменных материалов / СоюздорНИИ. – 2003. 8. Рыбьев, И.А. Строительное материаловедение / И.А. Рыбьев. – М.: Высшая школа, 2002. – 697 с. 9. Справочник дорожных терминов / под ред. В.В. Ушакова. – М.: ЭКОН, 2005, 248 с.

Нормативные акты и документы 1. ГОСТ 8736-2014. Песок для строительных работ. Технические условия (с поправкой). 2. ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний. 3. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия. 4. ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний. 5. Федеральный закон от 30.12.2009 N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». 6. СНиП 12-03-2001. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования. 7. СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство. 8. Приказ Минтруда России от 01.06.2015 N 336н «Об утверждении Правил по охране труда в строительстве».

Учебное издание

КУРДЕНКОВА Ирина Борисовна

КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Редактор В.В. Виноградова

Редакционно-издательский отдел МАДИ. E-mail: [email protected] Подписано в печать 05.09.2018 г. Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 5,0. Тираж 100 экз. Заказ . Цена 170 руб. МАДИ, Москва, 125319, Ленинградский пр-т, 64.