Указания по применению природных каменных материалов при строительстве дорожных искусственных сооружений

Вид материала

Документы

Содержание Кварцевый порфир Ортоклазовые порфиры и трахиты Разработка месторождений и переработка горной породы

Подобный материал:

• Правила безопасности при строительстве подземных сооружений пб 03-428-02, 4281.3kb.
• Правила безопасности при строительстве подземных сооружений пб 03-428-02, 4437.54kb.
• Руководство по применению микротоннелепроходческих комплексов и технологий микротоннелирования, 820.39kb.
• Требования к выдаче свидетельств о допуске по виду работ «Возведение сооружений в морских, 49.23kb.
• Документ содержит указания по конструированию и расчету нежестких дорожных одежд автомобильных, 3047.06kb.
• Методика и техника для контроля прочности бетонов и других искусственных каменных материалов, 164.95kb.
• Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций (к #M12291 9056429СНип, 13145.52kb.
• Приказ от 8 июня 1999 г. N 410 о совершенствовании нормативно-правового регулирования, 666.38kb.
• Приказ от 8 июня 1999 г. N 410 о совершенствовании нормативно-правового регулирования, 937.49kb.
• Геосинтетические и геопластиковые материалы в дорожном строительстве, 1315.78kb.

Метаморфические горные породыобразовались в результате изменения магматических и осадочных горных пород под влиянием высокой температуры, давления, химически активных веществ. В результате метаморфизма первичные породы в большей или меньшей степени могут изменять текстуру, минералогический, а иногда и химический составы. Метаморфизация магматических пород, как правило, ухудшает их физико-механические свойства. В процессе метаморфизма обычно происходит перекристаллизация и перегруппировка составляющих их минералов с образованием полосчатых текстур. При переходе полосчатости в сланцеватость порода приобретает резкую анизотропию механических свойств: прочность параллельно сланцеватости резко падает. Метаморфизация осадочных пород, наоборот, улучшает механические свойства. Вследствие пластичности минералов, входящих в состав скальных пород осадочного происхождения (кальцит, доломит, гипс), процессы метаморфизма не вызывают в них появления заметной рассланцованности. Поэтому при метаморфизме скальных пород осадочного происхождения обычно образуются породы массовой текстуры и равномерно зернистой структуры (мрамор).

     

     Гнейсы- горные породы грубо- или тонкосланцеватой и ленточной (полосчатой) текстур, получившиеся в результате видоизменения гранитов, гранодиоритов, кварцевых порфиров, некоторых конгломератов и других пород. Минералогический состав гнейсов может быть разнообразным, но чаще они состоят из ортоклаза (ортоклазовые), авгита (авгитовые) и др.

     

     В гнейсах минералы как бы сжаты и располагаются параллельно некоторой плоскости, что обусловливает неодинаковые их свойства в разных направлениях. Обычно гнейсы в направлении, перпендикулярном к сланцеватости, обладают значительной прочностью при сжатии (150-200 МПа), но наличие хорошо выраженной сланцеватости в ряде случаев несколько ограничивает область применения их в дорожном строительстве. Способность отделяться от плоскости сланцеватости облегчает добычу и переработку гнейсов, однако при разделении глыб получают куски плитообразной формы, а при дроблении на щебень образуется заметное количество плоских и вытянутых щебенок (лещадки и пальцы), что снижает качество щебня. Чем ближе гнейсы по текстуре стоят к гранитам, тем выше их качество. Ленточные и полосчатые гнейсы - худшие их разновидности.

     

     Гнейсы распространены в местах выходов магматических горных пород. Разработка месторождений гнейсов ведется в разных районах России. Гнейсы используют для изготовления щебня, бутового камня, шашки для мощения.

     

     Кварциты- равномерно кристаллическая, плотная горная порода, состоящая из мелких зерен кварца, сцементированных кремнистым веществом. При этом цементирующее вещество трудноотличимо (без микроскопа) от зерен кварца. Кварциты характеризуются большой плотностью, прочностью, хрупкостью и твердостью, при разломе они образуют гладкую поверхность с острыми режущими ребрами. Кварциты весьма устойчивы против выветривания. Отрицательными признаками кварцитов являются трудная их обрабатываемость, гладкость поверхности раскола и острые ребра щебня. Кварциты используются для строительных работ в виде бутового камня, щебня, реже шашки для мощения. Из лучших его разновидностей изготовляют штучный камень.

     

     Мрамор- плотный кристаллический известняк, состоящий в основном из тесно сросшихся кристаллов кальцита (кальцитовый мрамор). Часто в мраморах наблюдаются примеси магнезита. Иногда эта примесь настолько значительна, что порода носит название доломитового мрамора. В качестве второстепенных минералов в мраморах могут быть слюда, гранат, полевые шпаты, кварц, органические соединения. Цвет чистого мрамора - белый, но в зависимости от примесей он может быть крайне разнообразный: красный, розовый - от примесей железистых соединений и марганца, серый и черный - от примесей органических веществ и др. При неравномерном распределении примесей мрамор приобретает пеструю окраску с разными узорами (так называемый цветной мрамор). Кальцитовый мрамор характеризуется плотностью около 2700 кг/м, твердостью 3-4, незначительной водонасыщенностью и прочностью при сжатии до 80 МПа. Доломитовый мрамор тверже и прочнее. Мраморы хорошо поддаются распиловке, обработке, шлифовке. Вследствие высоких технических свойств и красивого рисунка мрамор издавна применяют для различных отделочных и декоративных работ.

     

     Недостатком мраморов является их относительно слабая сопротивляемость выветриванию. Разновидности мрамора, непригодные для изготовления штучных изделий, а также отходы при обработке, дробят для получения мраморной крошки и порошка, которые применяют как заполнители в мозаичных работах и асфальтобетонах в качестве минерального порошка.

     

     Магматические горные породыпо химическому составу характеризуются содержанием главным образом кремния, алюминия, железа, кальция, магния, калия и натрия. Основными породообразующими минералами магматических горных пород являются кварц, полевые шпаты, железисто-магнезиальные силикаты, слюды. Характерной особенностью химического состава магматических пород является содержание в них кремнезема в свободном или связанном состоянии (кварц и различные силикаты). По содержанию кремнезема эти породы делят на кислые, средние и основные. В кислых породах (группа гранитов) содержание кремнезема доходит до 65-75%, в средних (группа сиенита и диорита) - от 52 до 65, в основных (группа габбро) - от 40 до 52%.

     

     Каменные строительные материалы, получаемые из плотных кристаллических магматических горных пород, в преобладающем большинстве отличаются большой прочностью, твердостью, вязкостью, погодоустойчивостью, хорошей обрабатываемостью. Так, граниты, сиениты, порфиры и диабазы обладают прочностью более 120 МПа, пористостью 0,2-0,7%, водопоглощением 0,1-0,5%, морозостойкостью и износостойкостью. Следует указать на следующую закономерность в технических свойствах изверженных горных пород, зависящую от минералогического состава и структуры: по мере увеличения содержания пироксенов, амфиболов и оливина (от гранита до пироксенита) возрастают вязкость, плотность, прочность. Краткая характеристика магматических пород по их генезису приведена в табл. 5.

     

     Гранит- наиболее распространенная глубинная магматическая горная порода. Он представляет собой массивную, равномерно зернисто-кристаллическую породу, состоящую в основном из кварца (20-40%), ортоклаза, реже щелочного плагиоклаза (40-80%), слюды, иногда роговой обманки и авгита (5-20%). Кроме равномерно кристаллической структуры, отдельные переходные разновидности гранита обладают порфировидной структурой, в которой более крупные кристаллы, например ортоклаз, вкраплены на общем равномерном мелкокристаллическом фоне. К этой разновидности относится финляндский гранит - рапакиви (по-фински - гнилой, крошащийся камень), широко распространенный в Карелии и Финляндии. Характерным признаком рапакиви служит яйцевидная форма кристаллов ортоклаза розового и красного цветов, окруженных зеленоватой или серой тонкой каемкой олигоклаза (из группы плагиоклазов). Рапакиви сравнительно с другими разновидностями гранитов легче выветривается вследствие разрушения олигоклаза и выпадения кристаллов ортоклаза.

     

     Граниты обладают плотным сложением. Цвет гранитов зависит главным образом от ортоклаза и содержания темноцветных минералов; обычно преобладают серые и красные цвета разных оттенков. Очень красивым рисунком обладают гранатовые и разновидности серых гранитов с кварцем синих тонов (например, граниты некоторых месторождений по рекам Южный Буг и Рось).

     

     Граниты характеризуются средней плотностью 2700 кг/м, объемной массой 2600 кг/м, малой водонасыщенностью, большой прочностью (120 - 200 МПа) и погодостойкостью. Прочность отдельных мелкозернистых разновидностей гранитов достигает 300 МПа (например, Гниванское месторождение).

     

     Из гранитов можно изготовить все виды каменных материалов - рваные, колотые, дробленые, тесаные и полированные. Красивая окраска некоторых разновидностей гранитов позволяет использовать их для отделочных работ. Граниты неогнестойки, утрачивают прочность при температуре выше 800 °С.

     

     Сиенитыпо минералогическому составу отличаются от гранитов отсутствием кварца (или небольшим содержанием его) и преобладанием щелочного полевого шпата. Сиениты, содержащие заметное количество кварца, являются переходными породами между сиенитами и гранитами. Структура сиенитов обычно равномерно кристаллическая, но встречаются и порфировидные разности. Окраска сиенитов чаще бывает серая, красноватая, темно-зеленоватая. Плотность их 2700-2900, объемная масса 2600-2800 кг/м, пористость и водонасыщение незначительны. Прочность при сжатии у сиенитов колеблется в пределах 120-150 МПа. По сравнению с гранитами они несколько мягче, лучше полируются и более вязки, в особенности если в их составе имеются амфиболы и пироксены. Применение сиенитов то же, что и гранитов. На территории России сиениты распространены более ограниченно. Известны месторождения сиенитов на Кольском полуострове, Сахалине и др.

     

     Диоритысостоят из кислого плагиоклаза (около 75%), роговой обманки, реже биогита и авгита. Иногда в состав диорита входит кварц; такой диорит носит название кварцевого. В зависимости от преобладания цветных минералов различают роговообманковый, авгитовый, биотитовый диориты. Структура у них равномерно кристаллическая, окраска преобладает от темно-зеленоватой до черно-зеленой, плотность 2700-3000 кг/м, прочность при сжатии 180-340 МПа - в среднем выше, чем у гранитов и сиенитов. Они отличаются повышенной вязкостью и устойчивостью против выветривания. Диориты наравне с гранитами и сиенитами пригодны для производства различных видов каменной продукции и в особенности штучных материалов.

     

     Габбро- горная порода, состоящая в основном из плагиоклаза (около 50%) и пироксена; реже в состав габбро входят роговая обманка, оливин и биотит. Структура габбро обычно равномерно крупнокристаллическая, окраска темно-зеленая, оливково-зеленая и коричнево-зеленая, плотность 2800-3100 кг/м, прочность при сжатии в среднем 200-280 МПа, но у крупнозернистых разностей уменьшается до 100 МПа. Габбро - стойкая порода против выветривания: чем меньше в ней полевого шпата и чем равномернее и мельче структура, тем выше ее погодоустойчивость. Габбро наряду с высокой прочностью обладает большой вязкостью, что несколько затрудняет разработку.

     

     Полируется габбро хорошо. Особенно красивой расцветкой обладает лабрадорит,в котором преобладает минерал Лабрадор.Наряду с другими изверженными породами габбро находит применение в дорожном строительстве для получения различных строительных материалов. Лабрадориты с красивой окраской используются для декоративных целей.

     

     Различные условия застывания одной и той же по химическому составу магмы (по сравнению с глубинными породами) обусловливают формирование порфировой, фельзитовой, микролитовой и стекловатой структур.

     

     Древневулканические излившиеся породы характеризуются большей перекристаллизованностью основной массы. Нововулканические породы сформировались позже и содержат больше стекловатой фазы.

     

      Кварцевый порфиробладает порфировой структурой с вкраплением в основную массу как бы оплавленных кристаллов кварца. По минералогическому составу он аналогичен гранитам, цвет чаще красный, бурый, а иногда зеленоватый, плотность 2400-2600 кг/м, прочность при сжатии 130-180 МПа, погодоустойчив. Качество кварцевых порфиров для производства дорожных каменных материалов повышается с уменьшением количества и размеров вкрапленников. Чем больше стекловатой массы, тем больше хрупкость кварцевого порфира. Лучшие его разновидности относятся к фельзитовым порфирам, содержащим незначительное количество вкрапленников.

     

     Каменные материалы из кварцевых порфиров применяют в виде щебня, бута, колотой и тесаной шашки, для декоративных целей и др. Месторождения кварцевых порфиров в России известны в Крыму, на Урале, Алтае, Сахалине и др.

     

     Липариты- нововулканические породы, аналогичные по составу граниту. Цвет - белый, серый, светло-желтый, а иногда красноватый. Структура липаритов часто микропорфировая с повышенным содержанием стекловатой фазы. Наряду с плотными встречаются пористые его разновидности. Каменные материалы из плотных, скрытокристаллических липаритов применяют для работ наравне с материалами из кварцевых порфиров. Так, например, из них может быть получен высококачественный щебень.

     

      Ортоклазовые порфиры и трахитыпо минералогическому составу аналогичны сиенитам. От кварцевых порфиров и липаритов они отличаются отсутствием кварца. По техническим свойствам эти породы стоят ближе к бескварцевым порфирам и липаритам, но более легко поддаются обработке. Месторождения ортоклазовых порфиров известны на Кавказе, Урале, в Крыму.

     

     Диабазы -преимущественно мелкокристаллические. породы, состоят из известково-натрового полевого шпата и авгита, реже в состав их входят оливин, роговая обманка и др. Характерной особенностью диабазов является переплетенное строение, при котором промежутки между беспорядочно переплетенными кристаллами известково-натровых полевых шпатов заполнены темной аморфной авгитовой массой. Плотность диабаза 2800-3000 кг/м, прочность при сжатии в среднем около 200 МПа (иногда до 400 МПа); они хорошо полируются. При выветривании диабаз приобретает бурую окраску и распадается на щебень ржавого цвета, обогащенный глинистым веществом.

     

     Особенности строения диабаза позволяют изготовлять из него хороший штучный камень - разнообразные плиты, брусчатку, шашку. Щебень из диабаза обладает высокими качествами для приготовления асфальтобетонов и черного щебня. Аналогичны диабазам по техническим свойствам промежуточные породы - габбро-диабазы.Известны месторождения диабазов в Карелии, на Украине, Кавказе, Урале.

     

     Андезитыотносятся к группе нововулканических пород. Они состоят из роговой обманки или пироксенов, слюды и известково-натровых плагиоклазов, которые являются вкрапленниками. Андезиты обладают окраской от светлой до темно-серой. Плотность их колеблется в пределах 2650- 2750 кг/м, они прочны (120-240 МПа), тверды, хорошо поддаются расколу, погодоустойчивы.

     

     Базальты- породы темного цвета, плотные, обычно скрытокристаллической структуры, состоящей из плагиоклаза и авгита (часто оливина). В базальтах н. е все минералы успели выкристаллизоваться, вследствие чего порода содержит то или иное количество стекловатой фазы.

     

     Технические свойства базальтов крайне различны: плотность 2700-3300 кг/м, они тверды и обладают высокой прочностью, достигающей 300, иногда 500 МПа. Относительная хрупкость базальтов несколько снижает их общие, довольно высокие технические свойства. Базальты в месторождениях часто разбиты трещинами на столбчатые (иногда шаровидные и плиточные) отдельности, что в значительной мере облегчает их разработку. По внешним признакам хорошее качество базальта определяется темной окраской, равномерным мелкокристаллическим строением. Основная масса и несущественные минералы с трудом царапаются стальной иглой. Месторождения базальтов известны на Украине, в Армении, Забайкалье, на Сахалине и Камчатке. Столбчатые отдельности базальтов облегчают разработку месторождений, вместе с тем ограничивают возможность изготовления из них крупных монолитов. Базальты используются для изготовления шашки, брусчатки, щебня.

     

Разработка месторождений и переработка горной породы

     

     Для производства каменных материалов в карьере вначале отделяют скальную породу от массива, затем полученную горную массу подвергают переработке. Разрабатываемую горную породу называют полезным ископаемым. Породу, которую нельзя использовать для производства каменных материалов, называют пустой. Пустые пространства, образующиеся в породе в процессе добычи полезного слоя, называют выработками.

     

     Различают карьеры коренных месторождений, в которых разрабатывают сплошные скальные горные породы (граниты, известняки), и рыхлых горных пород (песков, гравия, валунного камня).

     

     В зависимости от условий залегания, качества и запасов горных пород, географического расположения месторождения, карьеры бывают:

     

     - промышленныес большими запасами доброкачественного полезного ископаемого. Они территориально не связаны со строительными объектами, срок их действия более 10 лет, производительность более 100 000 м в год. Такие карьеры хорошо оснащены оборудованием, машинами, внутрикарьерными и подъездными путями. Готовую продукцию транспортируют железнодорожным транспортом, водными путями, а на сравнительно небольшие расстояния - автомобилями;

     

     - притрассовыеместного значения, расположенные в районе строящихся объектов. Срок действия их менее 10 лет. Готовая продукция транспортируется автомобилями. Себестоимость продукции притрассовых карьеров обычно выше, чем промышленных.

     

     В зависимости от условий залегания разработка горных пород может вестись открытым способом,т.е. в открытых выработках, реже подземным(разработка штольнями ракушечных известняков) или подводным(порода залегает сравнительно неглубоко от поверхности воды в реке или озере).

     

     При выборе рационального способа разработки породы в карьере учитывают ряд факторов, важнейшими из которых являются: гидрогеологические условия района месторождения, качество вскрышных пород, способ транспортирования как сырцовой (необработанной) породы, так и готовой продукции. Для решения вопроса о виде каменной продукции, которую можно получить в карьере, особое внимание обращают на прочность, твердость и вязкость породы, ее структурно-текстурные особенности, технологические. свойства, характер трещин и их расположение, наличие выветрившихся слоев.

     

     Открытый способ горных работ в значительной степени зависит от расположения пород, которые могут залегать горизонтально или иметь крутое либо пологое падение. В этих случаях порода может залегать выше, на уровне или ниже дневной поверхности. Обычно верхняя часть толщи покрыта покровными горными породами с выветрелыми слоями.

     

     Выходы горных пород на дневную поверхность (обнажения) могут наблюдаться на склонах долин, балок, берегов рек и пр. Для открытых работ наиболее удобны выходы горных пород на склонах, так как в этом случае обычно бывает малая вскрыша, легче перемещать добытую породу вниз, а также нет затруднений с отводом атмосферных и грунтовых вод.

     

     Разработка месторождения включает:

     

     - основные производственные процессы;

     

     - планировку местности и мероприятия по отводу атмосферных и талых вод;

     

     - вскрышные работы;

     

     - разработку и удаление на отведенные площадки дресвяного (сильно выветрелого) слоя;

     

     - отделение монолитов от массива; передвижение монолитов к месту дальнейшей переработки и их сортировку по качеству;

     

     - развалку монолита на глыбы нужных размеров (габаритный камень) и дальнейшую их обработку или переработку в заданный вид каменной продукции (колку, теску, дробление и др.);

     

     - сортировку;

     

     - транспортирование готовой продукции на складские площадки или на погрузку.

     

     В зависимости от условий залегания горной породы, ее прочности, трещиноватости отделение породы от массива может производиться механическим способом(экскаваторами), который применяется при разработке осадочных горных пород, разбитых природными трещинами на сравнительно небольшие отдельности. Массивные магматические горные породы, как правило, разрабатывают с применением взрывчатых веществдля получения грубоколотого каменного или дробленого материала.

     

     При отделении глыб слоистых, трещиноватых, столбчатых пород применяют механические средства (клинья, лопаты).

     

     При добыче горных пород буро-взрывным способом в них бурят скважины или шпуры в один, два и более рядов вдоль фронта уступа. В горных породах средней прочности скважины и шпуры закладывают станками вращательного, а в прочных породах - ударно-вращательного бурения. В последние годы начали осваивать и термические (огневые) способыпроходки скважин, в частности прожигание скважин цилиндрической формы факелом из смеси керосина и кислорода, выбрасываемой со скоростью 2000 м/с из реактивной горелки при температуре до 3000 °С. В результате такого теплового и механического воздействия горения порода разрушается.

     

     Слабые и мягкие породы, например, ракушечные известняки, известняковые туфы, добывают путем распиловки массива камнерезной машиной на блоки определенных размеров и правильной геометрической формы (преимущественно стеновой строительный материал). Известняки легче подвергаются распиловке во влажном состоянии.

     

     При разработке месторождений некоторых разновидностей гранитов, туфов, мраморов (в открытых выработках) на штучный камень (плиты, блоки) также применяют распиловку породы механическими пилами (например, пилы со стальными дисками, с пластинками твердых сплавов или с абразивными порошками).

     

     Более эффективными по сравнению с дисками, армированными пластинками из твердых сплавов, являются диски, на обод которых нанесена абразивная масса из мелкозернистого карборунда, электрокорунда или шлифовального порошка разной крупности. В качестве связующего материала в этом случае применяют разогретый жидкий бакелит, в который вводят 2-4% сухого строительного гипса (наполнитель).

     

     Высокая производительность бурения и резания достигается при использовании понизителей твердости и алмазного режущего инструмента, для изготовления которого применяют природные или искусственные алмазы массой зерен от 0,5 до 1,5 карата.