Производство щебня из горных плотных пород

Из магмы, не вышедшей на поверхность  земли и застывшей на глубине, под ее верхними слоями образовались глубинные горные породы. Излившиеся горные породы образовались из магмы, застывшей ближе к поверхности  или на самой поверхности земли. Вследствие медленного охлаждения и  отвердевания в глубинных породах  процессы кристаллизации проходили  более полно, образуя крупно- и  среднезернистые структуры. В условиях быстрого охлаждения излившихся пород  образовались мелкокристаллические, мелкозернистые, аморфные, стекловатые структуры. Однообразная мелкокристаллическая и мелкозернистая структура является признаком более  высокой прочности и стойкости  против выветривания, хорошей колкости по сравнению с крупнозернистыми разновидностями горных пород. Стекловатая  структура определяет хрупкость  породы.

Глубинные горные породы.

Граниты — распространенная горная порода Они представляют собой равномерно кристаллические породы состоящие в основном из кварца (20—40%), полевого шпата — ортоклаза (40—70%), слюды, иногда роговой обманки (5—20%). Цвет гранитов зависит в основном от ортоклаза и чаще бывает серым и красным.

Чем больше в гранитах зерен кварца, непосредственно связанных между  собой, тем прочнее гранит. При  изломе гранита разрушение происходит по зернам, а не по плоскостям соединения зерен минералов. Граниты могут  быть мелко-, крупно- и среднезернистыми. Чем мельче зернистость, тем граниты  прочнее и более морозостойки, а следовательно, и устойчивее против выветривания.

Граниты характеризуются средней  плотностью 2,7—2,8 г/см3; объемной массой 2,60—2,65 г/см3, малой водонасыщаемостью, значительной устойчивостью против выветривания и высокой прочностью при сжатии 1400—2500 кгс/см2.

Обладая высокими техническими качествами, граниты широко применяются для  дорожно-мостовых сооружений в качестве щебня, брусчатки, бортового камня, плит, бутового камня. Месторождения  гранитов в СССР занимают обширные территории в Карелии, на Кольском полуострове, Украине, Кавказе, Урале, Алтае, Тянь-Шане.

Сиениты отличаются от гранитов тем, что не имеют в своем составе  кварца. Цвет сиенитов серый, серо-красный, темно-зеленый; По плотности и прочности  сиениты близки к гранитам, но менее, стойки   против   выветривания.   Плотность сиенитов 2,7—2,9 г/см3, объемная  масса  2,6—2,8 г/см3.  Предел прочности  при сжатии  в среднем 1200—1800 кг/см2. Применяются сиениты наравне с гранитами и являются ценной породой для получения щебня, брусчатки и бортового камня. Сиениты встречаются реже гранитов. Месторождения сиенитов имеются на Урале, Украине, Кольском полуострове, в Сибири, на Кавказе.

Диориты состоят в основном из плагиоклаза (около 75%) и рогозой обманки, иногда авгита и биотита. Цвет диоритов серый или темно-зелепый, структура равномерно кристаллическая. Диориты обладают более высокой вязкостью и стойки против выветривания. Плотность диоритов 2,85—3,2 г/см3, объемная масса 2,8—3,0 г/см3, предел прочности при сжатии 1500—2800 кг/см2. Обладая большой вязкостью, диориты характеризуются хорошим сопротивлением ударной нагрузке. Применяются они в дорожном строительстве для получения брусчатки и щебня, а также плиток для облицовочных работ. Месторождения диоритов имеются в Крыму, на Урале, Украине, Кавказе, в Средней Азии и др.

Габбро состоит до 50% из плагиоклаза (основного), авгита и оливина. По цвету  бывает серым, темно-зеленым и черным. Структура габбpo   преимущественно   крупнозернистая,  плотность 2,9— 3,3 г/см3, объемная масса близка к плотности. Предел прочности при сжатии 2000-3500 кгс/см2. обладает большой плотностью  и вязкостью. Применяется он при приготовлении щебня, штучных камней и плит при облицовочных работах. Месторождения габбро имеются на Урале, Украине, Кавказе и др.

Излившиеся горные породы.

Кварцевые порфиры по минералогическому  составу соответствуют граниту, цвет чаще кирпично-красный, бурый, зеленоватый. Структура порфировая с вкраплением  в основную массу крупных кристаллов кварца, плотность 2,4— 2,6 г/см3, предел-прочностн при сжатия 1300—1800 кг/см2. Кварцевые порфиры так же, как и граниты, широко применяются в дорожном строительстве для получения каменных материалов в виде щебня, бута, колотой и тесаной шашки. Месторождения кварцевых порфиров имеются в Крыму, на Урале, Алтае, Сахалине.

Ортоклазовые порфиры и трахиты  по минералогическому составу соответствуют  сиенитам, отличаясь содержанием  вулканического стекла. Трахиты имеют  пористую текстуру и шероховатую  поверхность. По прочности они уступают сиенитам и большинство из них имеют светлую окраску. Месторождения ортоклазовых порфиров имеются на Кавказе, Урале, в Крыму.

Диабазы по минералогическому составу  соответствуют габбро, преимущественно  мелкозернисты, состоят из основного  полевого шпата и пироксена, реже входят оливин и роговая обманка. Диабазы бывают серо-зелеными и темно-зелеными. Их плотность в среднем 2,7—3,0 г/см3, прочность при сжатии около 2000 кгс/см2 и доходит до 4000 кгс/см2. Обладая большой вязкостью, диабазы хорошо сопротивляются истиранию. Применяются они для получения штучного камня—брусчатки, шашки, разнообразных плит и высококачественного щебня. Месторождения диабазов имеются в Карелии, на Кавказе, Украине, Урале.

Базальты — породы темного цвета, плотные, скрытокрпсталлической структуры, состоящие из плагиоклаза и авгита. Вследствие неполной кристаллизации минералов породы содержат значительное количество стекловатой массы.

Технические свойства базальтов крайне различны и мало отличаются от свойств диабаза, хотя прочность базальтов при сжатии часто бывает выше и доходит иногда до 5000 кгс/см3. Относительная хрупкость базальтов несколько снижает его свойства. В дорожных работах базальты используются для изготовления шашки, брусчатки, щебня. Месторождения базальтов имеются в Армении, Забайкалье, на Украине, Сахалине.

Вулканические туфы — пористые породы, образовавшиеся при уплотнении вулканического пепла или из застывшей вулканической  лавы с попавшими туда пеплом и песком.

Технические свойства туфов крайне разнообразны и зависят от их состава  и степени цементации. Объемная масса  туфов в среднем равна 0,75—1,4 г/см3, предел прочности при сжатии 70—700 кгс/см2. Они воздухопроницаемы, плохо проводят тепло и достаточно устойчивы против выветривания, легко поддаются обработке. Лучшие разновидности туфов (артикский туф) применяются для изготовления стеновых блоков, плит для облицовки, щебня для легких бетонов и как местный материал для устройства дорожных  покрытий.

 

Б) Осадочные, скальные горные породы.

 

Осадочные горные породы образовались в результате осаждения и цементации минеральных продуктов выветривания изверженных пород или осаждения  продуктов жизнедеятельности и  отмирания живых организмов, населяющих моря и океаны. Эти продукты осаждались и уплотнялись послойно, покрывая изверженные горные породы прерывистыми многослойными пластами. По физическим и механическим свойствам осадочные  породы представляют большое разнообразие. Это объясняется разнообразием условии их образования.     

По условиям образования осадочные  горные породы разделяются на породы механического отложения, химических осадков и органогенного образования.

Из большого разнообразия сцементированных осадочных горных пород здесь  рассмотрены только песчаники, известняки и доломиты. Валуны, гравий и песок  изложены в разделе рыхлых строительных материалов.

Песчаники состоят из мелких зерен  минералов (кварц), сцементированных кремнистыми, известковыми, глинистыми, железистыми, гипсовыми, битумными и другими  природными веществами. В зависимости  от цементирующего вещества и примесей различают кремнистые, известковые, доломитовые и глинистые песчаники.

Наибольшую прочность 600—2600 кгс/см2, твердость и устойчивость против выветривания имеют плотные мелкозернистые кремнистые песчаники. Эти песчаники трудно поддаются обработке, а щебень, полученный из них, плохо укатывается в щебеночном слое дорожных покрытий.

Известковые и доломитовые песчаники, обладая достаточной прочностью, легче поддаются обработке. Глинистые  песчаники мало устойчивы против выветривания, а при увлажнении резко снижают прочность.

Песчаники применяются в дорожном строительстве в виде бута, колотой шашки, щебня и штучного камня.

Песчаники широко распространены на территории СНГ. Крупнейшие месторождения расположены в районах Тульской, Курской, Сумской областях, в Донбассе, на Урале и в Ростовской обл.

Известняки состоят главным  образом из углекислого кальция (CaCO3) с незначительной примесью углекислого  магния иногда кварца, железистых, глинистых, углистых и других включений, Под  действием соляной кислоты известняки легко «вскипают» с выделением CO2. В зависимости от структуры и  текстуры различают следующие виды известняков: плотные, мраморовидные  и ракушечниковые. Технические свойства известняков очень разнообразны и зависят от их состава, структуры  и текстуры. Однородные плотные скрытокристаллические  известняки,   зерна   которых   сцементированы кальцитом, имеют высокую прочность - 1500 кгс/см2, хорошую обратываемость и небольшую истираемость.

Плотные известняки при достаточной  прочности и плотности применяются  в качестве бутового камня, шашки  и щебня для дорожной одежды. Мраморовидные  или кристаллические известняки содержат зерна кальцита, плотно сцементированные между собой. Предел прочности при  сжатии бывает 900—1300 кгс/см2.

Известняк-ракушечник более позднего образования из сцементированных обломков раковин обладает сильно пористой текстурой  с видимыми отделыюстями ракушек. Он легко поддается распиловке на штучный камень. Объемная масса известняка-ракушечника составляет 0,6—1,5 г/см3, предел прочности при сжатии 10— 200 кг/см2.

Землистый известняк — мел состоит  из мельчайших частиц раковин простейших животных, уплотненных под давлением. Химический состав мела одинаков с  известняками (СаСО3), имеет большую  пористость и очень малую прочность. Применяется мел для получения минеральных вяжущих, для красок и пр.

Известняки, содержащие в своем  природном составе большое количество глин, называют: известковым мергелем при содержании глины до 25%; мергелем при содержании глины от 25 до 60%; глинистым  мергелем при содержании глины свыше 60%. Мергели применяют главным  образом в цементной промышленности, а прочные известняковые мергели  применяют при строительстве  дорог в качестве щебня. Месторождения, известняков широко распространены на территории СНГ. Крупные месторождения  имеются в Ленинградской и  Московской областях, на Украине, в Молдавии, па Урале, Северном Кавказе, в Крыму и Средней Азии.

Доломит состоит из минерала доломита (карбонат Са и Mg). По свойствам доломиты приближаются к плотным известнякам и наравне с ними применяются в строительстве для получения каменных материалов.

 

В) Метаморфические (видоизмененные) горные породы.

 

Метаморфические горные породы образовались в результате последующих видоизменении изверженных и осадочных пород. Они существенно могут отличаться от первоначальных пород по текстуре и минералогическому составу, К метаморфическим горным породам,   применяемым   в   строительстве, относятся гнейс, мрамор, кварцит и сланцы.

Гнейсы по минералогическому составу  подобны гранитам, из которых они  образовались, и отличаются от них  сланцеватым сложением. Гнейсы, обладая  большой прочностью, в направлении, перпендикулярном сланцеватости, относительно легко раскалываются по плоскостям сланцеватости. Гнейсы так же, как  и граниты, применяются для приготовления  шебня, брусчатки, бортовых и облицовочных плит. В отдельных случаях сланцеватость гнейса снижает качество получаемых из пего щебня и брусчатки.

Мрамор состоит из сросшихся  кристаллов кальцита с примесью магнезита  и других минералов. Мрамор образовался  в основном из известняков. По. цвету он бывает белым, розовым, красным, коричневьм и черным. Прочность мрамора при сжатии в среднем составляет 1000 кгс/см2, он легко пилится на плитки и хорошо полируется- применяется чаще всего в качестве облицовочных плиток для декоративных и облицовочных работ, но может быть применен для получения щебня или крошки. Месторождения мрамора имеются в Карельской области, на Урале, в Крыму, на Кавказе и в других районах СНГ.

Кварциты образовались из кремнистых песчаников, в которых зерна кварца непосредственно срослись между  собой. Кварциты по цвету бывают белыми, красными, темно-вишневыми, обладают высокой  плотностью, твердостью, большой прочностью при сжатии — до 4000 кгс/см2, но отличаются хрупкостью. Применяют их для облицовки особо ответственных сооружений (мавзолей В. И. Ленина—шокшинский кварцит), а также для изготовления щебня, шашки, бортовых камней и др. Лучший кварцит добывают в Карелии у Онежского озера.

Сланцы характеризуются параллельным расположением составляющих частиц, сланцеватостью. Сланцы состоят из кварца и слюды (слюдяные сланцы), графита (графитовые сланцы), глинистых веществ (глинистые сланцы). Глинистые сланцы являются наиболее распространенными.

Минералогический состав магматических горных пород.

 

 Минералы Содержание, %

 

Кварц    12,4

 

Щелочные полевые шпаты  31,0

 

Плагиоклаз  29,2

 

Оливин  2,6

 

Пироксен  12,0

 

Роговая обманка  1,7

 

Биотит  3,8

 

Мусковит  1,4

 

Магнетит, гематит, ильменит  4,1

 

Нефелин  0,3

Апатит  0,6

 

Сфен  0,3

 

Хлорит и серпентин  0,6

 

             Сумма 

100,0

 

Минеральный состав и определяется в первую очередь химическим составом магмы, возможны некоторые его варианты, зависящие от условий образования породы. Поэтому минеральный состав, как наиболее существенная особенность магматических горных пород, положен в основу их классификации. Использование минерального состава вместо химического для классификации магматических пород имеет также то преимущество, что минералы доступны для непосредственного наблюдения и легко диагностируются с помощью поляризационного микроскопа.инеральный состав и определяется в первую очередь химическим составом магмы, возможны некоторые его варианты, зависящие от условий образования породы. Поэтому минеральный состав, как наиболее существенная особенность магматических горных пород, положен в основу их классификации. Использование минерального состава вместо химического для классификации магматических пород имеет также то преимущество, что минералы доступны для непосредственного наблюдения и легко диагностируются с помощью поляризационного микроскопа. инеральный состав и определяется в первую очередь химическим составом магмы, возможны некоторые его варианты, зависящие от условий образования породы. Поэтому минеральный состав, как наиболее существенная особенность магматических горных пород, положен в основу их классификации. Использование минерального состава вместо химического для классификации магматических пород имеет также то преимущество, что минералы доступны для непосредственного наблюдения и легко диагностируются с помощью поляризационного микроскопа.