2020-04-07
441
Естественные строительные материалы (осадочные, магматические и метаморфические породы).
К естественным строительным материалам относятся разнообразные осадочные, магматические и метаморфические горные породы, которые в натуральном виде либо после механической обработки используются в строительстве. Выделяют так называемый <рваный> камень (угловатые куски без обработки) и <штучный> камень (подвергшийся распиловке, шлифовке и др.).У штучного камня тонкой обработке подвергается только одна поверхность, остальные обрабатываются грубо либо вообще не обрабатываются. Необработанный, или <рваный>, камень, подразделяемый по крупности обломков на дресву (дробленый песок или крошку), щебень и более крупные куски - бут, используется аналогично обломочным породам - песку и гравию.
В настоящее время в промышленном производстве нашей страны существуют три отрасли, связанные с этим сырьем: предприятия по получению и обработке облицовочных материалов из природного камня, по добыче и производству природных стеновых материалов и предприятия, производящие нерудные строительные материалы массового потребления (щебень, песок, гравий, бутовый камень, песчано-гравийные смеси). Соответственно этому среди естественных строительных материалов целесообразно выделять обломочные породы, строительные и облицовочные камни.
Обломочные породы.
Классификации обломочных пород по размерам зерен, принятые геологами различных стран и в строительной практике, существенно различаются. Так, согласно наиболее распространенной в нашей стране классификации, к пескам относят породы с размерами зерен 0,1-1 мм, гравию 1-10 мм, гальке 10-100 мм, глыбам 100-10000 мм; дальнейшее подразделение каждой из них на мелкую, среднюю и крупную разновидности. В других отечественных классификациях к пескам относят фракцию от 0,05 до 2 мм, а к гравию - от 2 до 10 мм. В американской классификации песок определяется как сыпучая горная порода с диаметром обломков 0,063-2 мм, гравий 2-4 мм, галька 4-64 мм. При оценке, разведке и разработке месторождений обломочных пород как строительного сырья к пескам относят фракцию 0,05-5 мм, к гравию 5-70 мм и к валунам - более 70 мм. Остроугольные неокатанные обломки горных пород, образующиеся либо при их выветривании, либо путем их дробления, с размерами от 3-5 до 70-150 мм в строительном деле относят к щебню или щебенке. Обломочные породы представлены минеральными зернами или обломками горных пород, а также более тонкой фракцией заполняющего материала: пелитовой и алевритовой - в песках, пелитовой, алевритовой, песчаной - в гравии и т.д. По степени сортировки обломков эти породы разделяются на равно- и разнозернистые, а по составу - на мономинеральные, олигомиктовые (обломочный материал представлен двумя-тремя минералами) и полимиктовые, сложенные обломками различных горных пород и минералов. Наиболее распространенные минералы: кварц, полевые шпаты, слюды и гидрослюды, карбонаты, глауконит, хлорит и многочисленные глинистые минералы; иногда в составе пород отмечается заметное количество магнетита, ильменита, титаномагнетита, а также примеси рутила, ильменита, циркона, граната и других промышленно ценных минералов. В природе часто встречаются смеси грубо- и мелкообломочных пород, называемые по преобладанию соответствующей фракции песчаными, гравийно-песчаными и валунно - гравийно - песчаными образованиями. При их разработке производится разделение горной массы на песчаную (пески - отсевы), гравийную и валунную составляющие, причем гравий сортируется на стандартные фракции 5-10, 10-20, 20-40 и 40-70 мм; валуны измельчаются на щебень таких же фракций и дробленый песок или используются как строительный (бутовый или стеновой) камень.
В общем объеме добычи стройматериалов более 3/4 приходится на пески, гравий и песчано - гравийные смеси. В начале 80-х гг. минувшего столетия их добыча в бывшем Советском Союзе превышала 700 млн. м3/год. Добыча ведется открытым способом с помощью экскаваторов и средств гидромеханизации. Получают развитие морская добыча и скважинная гидродобыча.
Большая часть переработанных обломочных пород (классифицированные по крупности пески, гравий и щебень, а также песчано - гравийная смесь) с объемной массой более 1,8 г/см3 используется главным образом как заполнители бетонов и как балласт в дорожном строительстве.
Бетон является искусственным монолитным материалом, полученным в результате затвердевания смеси вяжущего вещества - цемента с водой, песком (мелким заполнителем), щебнем или гравием (крупным заполнителем), взятыми в определенных соотношениях. В строительстве наиболее широко применяется обычный тяжелый бетон с плотностью 2100-2500 кг/м3. Крупный заполнитель (щебень, гравий), образуя жесткий каркас бетона, увеличивает его прочность, уменьшает ползучесть и усадку, повышает его долговечность и сокращает расход цемента. Мелкий заполнитель определяет вязкость и другие реологические свойства бетонной смеси, изменяет ее водопотребность. Качество заполнителей бетона определяется в основном составом и формой зерен. Оптимальными являются пески с преобладанием кварцевых зерен и гравий, состоящий из обломков кварца, изверженных и прочных осадочных пород. Желательно, чтобы зерна имели угловатую, изометричную форму. Прочность бетона снижают аморфные модификации кремнезема, сульфиды, сульфаты, органические соединения и чешуйчатые минералы; поэтому их присутствие среди заполнителей недопустимо.
Особенность использования обломочных материалов при сооружении автомобильных дорог состоит в разнообразии требований к их качеству, обусловленных категорийностью дорог (5 категорий) и связанной с ней конструкцией дорожной одежды. Прочность щебня (гравия) и его морозостойкость должны соответствовать требованиям, предъявляемым к прочности и долговечности дорожной одежды. Необходимо выдерживать зерновой состав щебня (гравия) и песка, обеспечивающий необходимую плотность покрытий и фильтрационные свойства. Для оценки щебня, применяемого в асфальтово-бетонных смесях, важно его сцепление с битумом. Учитывая громадное количество этого сырья, требуемое при дорожном строительстве, оно должно относиться к местным материалам.
При строительстве железных дорог обломочные материалы используются для создания балластного слоя; применяется песчано-гравийная смесь, либо смесь гравия со щебнем, полученным при дроблении гравия, валунов и скальных пород. В этом случае существенны прочностные свойства пород, морозостойкость, истираемость и гранулометрический состав, обеспечивающий необходимую фильтрацию балластного слоя. Мелко- и тонкозернистые пески для балласта непригодны. Предпочтение отдается пескам и гравию с угловатой формой и шероховатой поверхностью зерен. Помимо строительства пески находят применение и в других областях: при производстве силикатного кирпича, как формовочный материал в металлургии, как абразивный материал, как фильтровальный материал при очистке воды, в стекольном, керамическом, цементном производстве и в других областях. Каждая из них предъявляет свои специфические требования к качеству сырья. Так, для формовочных песков важны высокая газопроницаемость и огнеупорность; поэтому в них ограничена массовая доля глинистой фракции (до 1%), содержание кремнезема должно быть не менее 97-98,4% (то есть это мономинеральные кварцевые пески), содержание щелочей - 0,4-1%; для них существенны также степень окатанности песчинок и их гранулометрический состав. Фильтровальные пески должны быть мелко- и равномерно-зернистыми с полным отсутствием глинистых частиц и органических примесей.
Генетически залежи песков, гравийно-песчаных и валунно-гравийно-песчаных смесей, используемых в строительстве, достаточно разнообразны. Это всевозможные аллювиальные, ледниковые, морские, озерные, реже элювиальные, делювиальные, пролювиальные и эоловые (пески), обычно четвертичные образования.
Аллювиальные месторождения, образование которых связано с горными реками, характеризуются преобладанием обломков крупных размеров. Гранулометрический и петрографический состав пород в месторождениях равнинных рек более однородный. Месторождениям этого типа свойственны пластообразная вытянутая форма залежей, наличие в составе последних глинистых песков и суглинков. Мощность залежей редко превышает 10-20 м, а мощность вскрышных пород, представленных песками, супесями, суглинками и глинами, обычно колеблется от 0,5 до 2,5 м (Румянцевское месторождение и другие в Московской области).
Среди ледниковых месторождений выделяют водно-ледниковые (флювиогляциальные) и собственно ледниковые. Первые представлены длинными в сотни метров- километры невысокими (20-30 м) грядами шириной 20-200 м (озы) либо группами холмов (камы), сложенными непостоянным по гранулометрическому составу обломочным материалом, образующим линзы в толще песка, супеси и суглинка (Коломенское, Сычевское и другие месторождения в Московской области) и зандровые поля -песчаные с примесью гравия шлейфы за конечными моренами (месторождения Полесья и др.). Собственно ледниковые месторождения представлены холмообразными формами или грядами высотой до 100 м в районах конечных морен, сложенных несортированным песчано-гравийно-валунным материалом (Вяземское, Оршанское, Дровнинское месторождения и др.). Гранулометрический и петрографический состав ледниковых отложений весьма различен. В продуктивной толще мощностью в метры - десятки метров обычны линзы глин, суглинков, супесей, безгравийных песков.
Для морских и озерных песчано-гравийных месторождений свойственны большая протяженность залежей при незначительных ширине и мощности (до 10-15 м), резкая граница с подстилающими отложениями, хорошая окатанность и сортировка обломков, незначительная доля глинистых фракций. Древние месторождения развиты на древних террасах морей и озер. Современные месторождения находятся в прибрежной зоне морей; в их составе фиксируется органический материал (месторождения Черного, Азовского и Каспийского морей в странах СНГ; подводные месторождения США, Японии, Великобритании и других стран).
Сычевское месторождение валунно-гравийно-песчаных отложений
Месторождение находится в Волоколамском районе Московской области. Продуктивная валунно - гравийно - песчаная толща относится к межморенным флювиогляциальным образованиям, залегающим между днепровской и московской моренами (средний плейстоцен). Толща прослеживается на площади 6х4,5 км; ее мощность колеблется от 1 до 46 м, составляя в среднем 20,2 м. Внутреннее строение толщи характеризуется наличием линз и пластов безгравийных песков и суглинков мощностью 0,2-8 м, залегающих среди валунно- гравийно - песчаной массы. Глубина залегания продуктивной толщи колеблется от 0,5 до 40 м. Подстилающими являются глины и суглинки днепровской морены. Покровные суглинки московской морены имеют мощность 2-8 м. Месторождение включает три основных участка: Сычевский, Щелкановский и Ивайловский; р. Гряда, протекающая по площади месторождения, разделяет Щелкановский участок на правобережную и левобережную части. При классификации горной массы продуктивной толщи по месторождению в целом выход валунно-гравийной составляющей колеблется от 11 до 85% (в среднем 51,6%) для сухой зоны и от 9,6 до 77% (в среднем 40,1%) для обводненной зоны; доля валунов - 18 и 6% соответственно. Валуны на 64-76% сложены осадочными породами, на 10-22,3% метаморфическими и на 6,3-22% изверженными. Петрографический состав гравийных частиц: карбонатные породы 37-47%, кремни 16-20%, граниты 11-20%. Насыпная объемная масса гравия составляет 1330-1710 кг/м3. Гранулометрический состав песков отсева (Сычевский и правобережная часть Щелкановского участка) фракции в %: среднезернистая 42, мелкозернистая 29, алевритовая 3,6-7,4, глинистая 0,8-37,6. После предварительной промывки от глинистых, илистых и пылеватых частиц гравий и пески отсева пригодны в качестве крупного и мелкого заполнителя бетонов. Сычевское месторождение является одним из крупнейших в России, запасы всех его участков составляют 350 млн. м3 валунно - гравийно - песчаной строительной массы; разведанные запасы месторождения обеспечивают работу Сычевского ГОКа более чем на 30 лет. Основными потребителями продукции комбината являются предприятия крупнопанельного домостроения Москвы и Московской области, производители железобетонных изделий, строительно-монтажные организации различных министерств и ведомств, предприятия дорожного строительства. Месторождение имеет водно-ледниковое флювиогляциальное) происхождение.
