Указания по применению природных каменных материалов при строительстве дорожных искусственных сооружений

Вид материала

Содержание

Кальцит, или известковый шпат (СаС
Техническая характеристика главнейших скальных и обломочных горных пород
Обломочные породы или механические отложения
Рыхлые обломочные осадочные горные породы
Валунный камень
1- верховое; 2
1- береговое; 2
Осадочные породы органогенного происхождения
Мраморовидные известняки
Оолитовые известняки
Осадочные породы химического происхождения

Подобный материал:

1 2 3 4 5

Класс сульфидовпредставляют пирит(Fe

S), или серный колчедан,обладающий латунно-желтым цветом и металлическим блеском.



     Пирит отличается малой стойкостью и легко разрушается от атмосферных воздействий.



     Класс карбонатоввключает соли угольной кислоты, кальция и магния, которые широко распространены в породах осадочного и метаморфического происхождения.



      Кальцит, или известковый шпат (СаСО), относится к числу распространенных минералов, имеет плотность 2600-2800 кг/м, твердость до 3, плохо растворим в воде, но взаимодействует с кислотами.



     Магнезит (MgCO) и доломит (СаСО · MgCO) имеют меньшее распространение, чем кальцит.



     Класс сульфатовнасчитывает более 260 минералов, из которых наиболее распространены гипс и ангидрит. Сульфаты входят в состав осадочных пород.



     Гипс (CaSO · 2НО) - минерал белого цвета с плотностью 2300 кг/м, твердостью 1,5-2, растворим в воде. При обезвоживании гипс переходит в ангидрит (CaSO) - породу более твердую и с большей плотностью - 2800-300 кг/м. Цвет ангидрита серый, белый, розовый. Внешне он напоминает мрамор. При длительном контакте с водой ангидрит переходит в гипс, увеличиваясь при этом в объеме до 30%.



Техническая характеристика главнейших скальных и обломочных горных пород



     Наибольший интерес с точки зрения производства каменных материалов представляют горные породы магматического, осадочного и метаморфического происхождений.



     Осадочные горные породызалегают в верхних слоях земной коры. Земная поверхность на 75-80% расположена в области развития осадочных горных пород, но в общей толще земной коры осадочные породы составляют 5%. Каменные материалы из осадочных горных пород характеризуются крайне разнообразными техническими свойствами, что объясняется условиями образования пород:



     - перерывы в отложении осадков, а также разная их крупность;



     - принос извне различных примесей;



     - разная степень уплотнения и цементации;



     - разный состав природного цемента. Для осадочных горных пород характерной особенностью является пластовая форма залегания, их слоистость, пористость. С течением времени осадочные горные породы за счет уплотнения и цементации претерпевают ряд физико-химических изменений, которые постепенно приводят к уменьшению пористости, а в ряде случаев к исчезновению внешних признаков слоистости, которая обнаруживается только при выветривании и их переработке.



     Скальные горные породы осадочного происхождения (известняки, доломиты, гипс, ангидрит, песчаники, конгломераты, брекчии), в отличие от магматических, в той или иной мере растворимы в воде и снижают свою прочность при водонасыщении, за исключением сцементированных пород с кремнистым цементом и кремнистых разностей известняков.



     Деление осадочных пород на обломочные (рыхлые и сцементированные), химические и органогенные (см. табл. 1) условно. Например, некоторые известняки занимают промежуточное положение, так как содержат в своем составе материал органогенного или обломочного рыхлого происхождения, сцементированный природным минеральным вяжущим.



      Обломочные породы или механические отложения- продукты выветривания магматических, метаморфических или ранее образованных осадочных пород. Различают рыхлые и сцементированные обломочные породы (табл. 1).



      Рыхлые обломочные осадочные горные породы- скопление продуктов выветривания скальных горных пород. Вследствие этого их петрографический и минералогический составы аналогичны исходным материнским породам. По происхождению (генезису) рыхлые обломочные горные породы могут быть: речные или аллювиальные (русловые, пойменные и дельтовые осадки), водно-ледниковые или флювиогляциальные (зандровые, озово-камовые и моренные), озерные и морские (прибрежные и глубинные), ветровые или эоловые (дюнные, барханные, бугристо-кучевые, грядовые). По крупности окатанных обломков рыхлые горные породы условно делят на валуны (крупнее 100 мм), гальку, гравий и песок.



      Валунный камень- грубоокатанные, преимущественно округлой формы, обломки скальных горных пород размером более 100 мм. Качество валунного камня обусловливается петрографическим составом породы, крупностью и формой обломков, а также степенью выветривания. По условиям залегания валунный камень (рис.7, 8) может быть верховой (или полевой), низовой (недровый), речной (горные реки), морской и озерный (прибрежный и донный или глубинный).

Рис.7. Схема залегания валунно-галечниковой породы



      1- верховое;



     2- линзовое;



     3- низовое.





     Лучший по качеству (свежести) валунный камень магматических пород низовой и донный, находящийся длительное время под слоем грунта или под водой, где он лучше защищен от выветривания. Валунный камень, отложенный на поверхности земли, более затронут выветриванием, вследствие чего качество его ниже за счет большего количества отходов при предварительной сортировке собранного валуна и дальнейшей его колке и дроблении.

Рис.8. Схема залегания валунно-галечниковой породы



      1- береговое;



     2- донное.





     Валуны размером до 25 см называют сырцом, так как их можно применять для дорожных работ (например, мощения) без дополнительной обработки. Более крупные валуны используют для получения каменного материала (шашки, щебня) путем раскалывания и дробления.



     Галькапредставляет собой окатанные водой обломки горных пород размером от 100 до 70 (40) мм. Она обладает теми же свойствами, что и мелкий валунный камень. Гальку применяют для устройства оснований, дренажей, но чаще измельчают и используют как щебень.



     Гравий- рыхлое скопление окатанных обломков исходных горных пород размером от 70 до 5 (3) мм.



     В месторождениях карьерный гравий может залегать в виде сплошных скоплений, отдельных слоев, линз, гнезд и содержать различное количество примесей в виде галечников, песка, глинистого вещества. Наиболее загрязнен примесями моренный гравий. Более рентабельны для разработки его сплошные покровные отложения. В зависимости от времени образования различают современный гравий (речной или аллювиальный) и древнего происхождения (моренный и озово-камовый древнеледникового происхождения).



Таблица 1


Сцементированные	Рыхлые породы		Сцементированные	Рыхлые породы
	угловатые	окатанные		угловатые	окатанные
Брекчии (из угловатых обломков)	Глыбы	Валуны	Песчаники	Дресва	Гравий
Конгломерат	Щебень	Галька	Алевролиты	Песчаные
(из окатанных				Пылеватые
обломков)			Аргиллиты	Глинистые

     Петрографический состав гравия, форма зерен и степень их окатанности зависят от литологической характеристики мест его образования, условий переноса обломочного материала. Так, в Ленинградской обл. карьерный гравий состоит из окатанных обломков диабазов, кварцитов, кристаллических сланцев и других пород, месторождения которых находятся в северных районах страны.



     Добытый в карьере гравий (рядовой) может содержать различное количество песка. В том случае, когда гравийный материал содержит песка более 50%, его называют гравийно-песчаным. Крупный рядовой гравий состоит из зерен 5-70 мм, а средний рядовой - 5-40 мм.



     Карьерный гравий после перегрохотки и отделения песка называется сортовым. Его разделяют на следующие фракции: 70-40, 40-20, 20-10, 10-5 и менее 5 мм - гравийный песок.



     Гравийный материал (рядовой карьерный и фракционированный составной) применяют для устройства гравийных покрытий, конструктивных слоев дорожной одежды, дренажных сооружений, в качестве балластного слоя для железных дорог, крупнозернистой составляющей в цементобетоне. Дробленый гравий применяют в качестве щебня для приготовления асфальтобетонных смесей. В зависимости от назначения к гравийному материалу предъявляются и соответствующие технические требования.



     Для дорожно-строительных целей гравийный материал делят на четыре марки (класса) в соответствии с классификацией его по ведущим признакам- петрографическому составу и прочности (табл. 2).





Таблица 2


Петрографическая характеристика гравия	Класс гравия по прочности	Марка гравия по дробимости при сжатии (раздавливании) в цилиндре	Марка гравия по износу (истиранию) в полочном барабане
Гравий состоит из окатанных зерен средне- и мелкокристаллических изверженных пород и кристаллических сланцев, мраморовидных известняков, кварцевых песчаников или из смеси этих пород	1	Др. 8	И-20
Гравий состоит из окатанных зерен крупнокристаллических изверженных пород, песчаников или из смеси этих пород	2	Др. 12	И-30
Гравий состоит из перечисленных выше пород, слабо затронутых выветриванием	3	Др. 16	И-45
Гравий состоит из перечисленных выше пород, но со значительными признаками выветривания	4	Др. 20	И-55

     Песок- рыхлая зернистая порода, образовавшаяся в результате естественного разрушения горных пород, крупностью зерен до 5(3) мм. В песке иногда имеются частицы мельче 0,05 мм, которые называют пылеватыми (0,05-0,005 мм) и глинистыми (мельче 0,005 мм). В зависимости от минералогического состава различают пески: кварцевые, слюдовые (с содержанием чешуек слюды свыше 1%), глауконитовые (с примесью железистых соединений), ракушечные, содержащие значительное количество обломков ракушек, гумозные (с содержанием органических соединений более 0,5%) и др. Наиболее прочными являются кварцевые пески. Цвет песка обусловлен примесями: чистые кварцевые пески - белые, сероватые; окрашенные окислами железа - желтые, бурые, вишнево-красные; глауконитовые - зеленые.



     Форма и характер поверхности зерен песка зависят от условий образования: речной, озерный, морской, дюнный песок состоит из частиц округлой формы с гладкой поверхностью, ледниковый и овражный песок - из частиц угловатой формы с шероховатой поверхностью. Пески имеют плотность 2650 кг/м

, объемную массу от 1450 до 1800 кг/м

; при увлажнении объем песка не изменяется. Классификация песков по крупности и гранулометрическому составу для строительных работ приведена в табл. 3.

Таблица 3


Песок	Модуль крупности	Полные остатки на сите 0,63, %
Крупнозернистый	3,5-2,4	50-70
Среднезернистый	2,5-1,9	35-50
Мелкозернистый	2,0-1,5	20-35
Очень мелкозернистый	1,6-1,1	7-20
Тонкозернистый	1,0	7

     Качество песка для строительных работ определяют минералогическим составом, формой зерен, гранулометрическим (зерновым) составом, содержанием глинисто-пылеватых частиц, плотностью, объемной (насыпной) массой, пустотностью, фильтрационной способностью, влажностью и содержанием органических примесей.



     Песок применяют для устройства подстилающих слоев дорожной одежды, приготовления строительных растворов, цементо- и асфальтобетонов, для устройства дренажей. Песок является сырьем для производства силикатных изделий, керамики и др. Для улучшения качества мелкозернистый песок обогащают добавками искусственного (дробленого) песка (крупностью менее 5 мм) из невыветрелых магматических и метаморфических пород прочностью более 80 МПа, осадочных - прочностью более 40 МПа и из гравия.



     Дресва- промежуточный продукт выветривания скальных горных пород, оставшийся на месте образования и сохранивший камневидное состояние. В месторождениях дресва может залегать в виде поверхностного слоя выветривания различной мощности, в виде гнезд и прослоек в более глубоких слоях и, наконец, в виде рыхлой осыпи. Различные стадии выветрелости гранита по исследованиям М. М. Подъяконова характеризуются признаками, приведенными в табл. 4.



     Дресва является местным материалом и в зависимости от исходной горной породы и стадии выветрелости может применяться для устройства различных слоев одежды на дорогах местного значения.



     Сцементированные осадочные породы образовались из рыхлых в результате цементации их природными веществами - кремнеземистыми, железистыми, известняковыми, глинистыми. Наибольшее применение в дорожном строительстве находят песчаники, конгломераты и брекчии.



     Песчаникипредставляют собой породы, состоящие из мелких зерен минералов, связанных природным цементом в более или менее плотную массу. По минералогическому составу зерна песчаника обычно состоят из кварца, который, как известно, наиболее устойчив против выветривания. Сравнительно редко встречаются песчаники, состоящие из сцементированных обломков полевых шпатов (так называемые аркозовые песчаники)и из смеси обломков кварца, полевого шпата, слюд (серая вакка).В песчаниках, кроме породообразующего минерала, имеются примеси и других минералов - окислов, силикатов и др. Цвет песчаника крайне разнообразен и бывает от белого до темно-серого, от розового до красно-бурого, что зависит от окраски частиц, но главным образом от цементирующего вещества и примесей.



     В зависимости от цементирующего вещества и примесей различают песчаники: глинистый, кремнистый, железистый, известковый (карбонатный), гипсовый, битуминозный и др. Наибольшей прочностью, твердостью и устойчивостью против выветривания обладают плотные, мелкозернистые, кремнистые песчаники. Однако они плохо поддаются обработке, дают неправильный раковистый раскол с острым режущим ребром и отличаются хрупкостью. Гладкая поверхность раскола, сравнительно легкая обламываемость ребер при уплотнении определяют низкое качество щебня.



     Раковистый излом служит признаком однородного тонкокристаллического строения, в котором отдельные зерна прочно связаны между собой. При воздействии внешних механических усилий на такого рода горные породы составляющие их зерна не раскалываются и не образуют плоскостей скольжения (как у гранитов, крупнозернистых песчаников и др.), а начинают деформироваться по сегменту от отдельных центров. Наиболее рельефно эти свойства выступают у сливных кварцитовидных песчаников. Известковые и в меньшей мере доломитовые песчаники сравнительно менее устойчивы против выветривания. Обладая сравнительно большой прочностью, они легче поддаются обработке. Глинистые песчаники менее устойчивы против выветривания и при увлажнении вследствие поглощения воды и размягчения цементирующего вещества они резко снижают прочность.



     Песчаники, обладая разнообразными техническими свойствами, находят применение в дорожно-мостовом строительстве в основном как местные материалы в виде бута, колотой шашки, щебня и реже штучного камня. Плиточные песчаники используют в виде плит для устройства полов, тротуаров и пр. Крупнейшие месторождения кварцевых плотных песчаников разной окраски известны в окрестностях г. Коростеня. Эти песчаники вследствие высокой прочности и погодоустойчивости, однородности строения, красивой расцветки в отдельных случаях в полированном виде используются в строительстве для декоративных целей.



     Из крупных разрабатываемых месторождений песчаников можно назвать онежские песчаники, карьеры в районе г. Тулы, путиловские, рыльские, судженские, шостскинские (Сумской обл.), еленовские (Донбасс), Вольские, уральские, шахтинские и многие другие.



     Конгломератысостоят из округлых обломков минералов и горных пород размером больше 5 мм, сцементированных каким-либо природным веществом (известняковым, доломитовым, глинистым, мергелистым, кремнистым и др.). Аналогичная порода, но состоящая из угловатых обломков горных пород, носит название брекчии(рис.9).

Рис.9. Конгломераты и брекчии



     а- конгломерат;



     б- брекчии.





     Скелет конгломератов и брекчий составляют чаще прочные, устойчивые против выветривания породы (кварциты, граниты), иногда встречаются породы, состоящие из обломков плотных известняков, доломитов, змеевиков.



     Качество конгломератов и брекчий зависит от минералогического состава, крупности и формы обломков, состава и степени уплотненности цементирующего вещества. Лучшими свойствами для строительных целей отличаются породы из прочных угловатых обломков, сравнительно небольших по размеру, имеющих малую пустотность и связанных прочным устойчивым цементом. Крупные месторождения конгломератов, брекчий и переходных между ними пород известны в районе Симферополя, на Северном Кавказе, в Средней Азии.



      Осадочные породы органогенного происхожденияобразовались в результате уплотнения и цементации отмерших организмов, отличаются значительной пористостью; многие растворяются в воде. Свойства органогенных пород, как и других осадочных, колеблются в широких пределах. В дорожном строительстве используют карбонатные (известняки, мел, известняки-ракушечники) и кремнистые (диатомиты, трепелы, опоки) органогенные осадочные породы.



     Известняки- горные породы, состоящие главным образом из углекислого кальция (СаСО

). В основном известняки - морского происхождения (уплотненные и сцементированные осадки отмерших растительных и простейших животных организмов) и лишь небольшая часть известняков образовалась в результате отложения углекислого кальция горячих источников (известковые туфы).



     По структуре и текстуре различают следующие разновидности известняков: плотные, кристаллические, мраморовидные, пористые, оолитовые, ракушечниковые, туфовые и землистые (мел).



     Кроме углекислого кальция (кристаллического, зернистого и землистого строений), известняки обычно содержат незначительную примесь магнезита, а иногда; кварца, глинистых, органических, железистых и других соединений. Под действием раствора соляной кислоты углекислый кальций разлагается с выделением СО

(так называемое "вскипание" известняков), оставляя в осадке примеси. Этим способом обычно пользуются для определения известняковых пород, а также для определения количества примесей в них.



     В зависимости от состава различают известняки доломитизированные (заметная примесь магнезита), глинистые (мергелистые), кремнистые, железистые, битуминозные и др. Цвет известняков в зависимости от примесей бывает белый, красноватый, зеленоватый, желтоватый, серый.



     Технические свойства известняков разнообразны и зависят от состава, структуры и текстуры. Однородные плотные скрытокристаллические известняки, зерна которых сцементированы кальцитом, отличаются высокой прочностью (в среднем до 120 МПа), хорошей обрабатываемостью и сравнительно небольшой истираемостью. Дополнительный кремнистый цемент повышает прочность до 150 МПа и больше, но увеличивает хрупкость, твердость и обусловливает гладкий, раковистый раскол. Примесь глинистого вещества заметно снижает качество известняка как строительного материала.



      Мраморовидные известняки(переходные породы от известняка к мрамору) состоят из зерен кальцита, тесно связанных между собой небольшим количеством карбонатного цемента, а иногда и примесей. Прочность при сжатии их колеблется в пределах 90-150 МПа. Близки к ним по качеству мраморовидные доломитизированные известняки.



      Оолитовые известнякисложены из шарообразных зернышек углеродистого кальция, сцементированных тем же известковым цементом. Иногда зерна располагаются неравномерно участками на общем фоне, состоящем из цементирующего вещества. Величина зерен от 1 до 5 мм, строение их радиально-лучистое или скорлуповатое. Эти известняки отличаются значительной пористостью, малой прочностью и твердостью, слабой погодоустойчивостью.



     Известняки-ракушечникисостоят из известняковых ракушек различных моллюсков, по названию которых и дают наименования отдельным их разновидностям. Ракушки разного строения и величины сцементированы известковым цементом с большим или меньшим количеством разных примесей (глинистых, органических веществ, кварца). Ракушечники характеризуются большой пористостью, крупными порами и пустотами, малой прочностью (0,4-0,5 МПа), малой объемной массой (600-15000 кг/м

), воздухопроницаемостью, малой теплопроводностью и погодоустойчивостью. Они легко обрабатываются и поддаются распиловке. В связи с этим известняки-ракушечники применяют в виде блоков правильных форм для кладки стен.



     Известняки используют преимущественно, как местный материал в виде бута, щебня, шашки для мощения, штучных блоков. Из плотных перекристаллизованных известняков изготовляют плиты, блоки и высокосортный щебень для дорожного строительства. Известняки используют также в производстве извести, цемента и др. Крупные месторождения известняков известны в Ленинградской обл. (путиловские, волховские), Московской обл., на Украине, в Молдавии, на Урале, в Крыму, Средней Азии.



     Мелпредставляет собой мягкую, землистого сложения слабосцементированную породу, состоящую на 60-70% из остатков известковых скелетных образований планктонных организмов и мелких обломков кальцита. В качестве примесей в нем могут быть желваки кремния, фосфорита, кварцевые, а также глинистые вещества. Порода - полускального типа. Плотные разновидности мела с заметным количеством примесей кремния применяют как местный материал для устройства дорожных оснований и др.



     Опока- тонкопористая горная порода из сцементированного аморфного кремнезема, кристаллического кварца, кальцита, магнезита, органических веществ. Опоки бывают от темно-серого до светло-желтого цвета. Излом гладкий, раковистый, объемная масса 1200-1500, редко 1800 кг/м(3), пористость 30-40%, прочность при сжатии 10-30 МПа. Опоки, как правило, неморозостойки, и вследствие наличия коллоидного кремнистого цемента они, находясь на воздухе, самопроизвольно растрескиваются, превращаясь в мелкий угловатый щебень. Опоки обладают гидравлическими вяжущими свойствами и используются как активная добавка к цементу и, в частности, для приготовления известково-пуццолановых цементов.



     Опоки залегают самостоятельными толщами, причем часто им сопутствуют опоковидные и другие песчаники и мергели. Крупнейшие месторождения опок известны в бассейне среднего и нижнего течения Волги, на восточных склонах Урала и др.



     Мергель- порода смешанного происхождения из смеси карбоната кальция и глинистых частиц. Содержание СаСО

колеблется от 25 до 75%. Порода - полускального типа, используется как сырье для получения портландцемента.



      Осадочные породы химического происхожденияобразовались в результате выпадения из растворов химических осадков. Наиболее распространенными являются доломиты, магнезиты, известковые туфы, гипс, ангидрит. Для осадочных пород химического происхождения характерны растворимость в воде и в связи с этим наличие пустот и трещин.



     Доломит- двойная углекислая соль кальция и магния CaMg (CO

)

(минерал доломит) с примесями глинистого, железистого, кремнистого и других веществ. Доломиты бывают зернистой, оолитовой и кристаллической структуры. С соляной кислотой они "вскипают" только в тонкоизмельченном состоянии или при подогреве. Доломиты несколько тверже известняков. Плотные и окремнелые разновидности отличаются значительной прочностью и повышенной погодоустойчивостью. В строительстве дорог их применяют наравне с известняками.

Известковые туфы - ноздреватая порода, в разной степени уплотнения, образовавшаяся в результате выпадения углекислого кальция из источников. Обычно туфы имеют малую прочность, пористы, легко поддаются распиловке. Разновидности туфов, образовавшиеся в результате осаждения СаСО

из горячих источников (так называемые травертины),характеризуются тонкопористым сложением и значительной прочностью (до 80 МПа). Травертины используют для кладки и облицовки стен. Менее прочные разновидности известкового туфа применяют для производства извести. Месторождения туфов известны в районе Ленинграда, Пятигорска и др.

Гипссостоит из минерала CaSO

· 2Н

О и примесей, используется как для производства вяжущего и как добавка в производстве цемента.

Blog

Указания по применению природных каменных материалов при строительстве дорожных искусственных сооружений

Содержание