Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Основы строительного дела

Строительство и ремонт

§ 2.1. Каменные материалы

Природными каменными материалами называют материалы, получаемые из различных горных пород. Под горными породами понимают природные агрегаты минералов, образующие самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору. По своему происхождению горные породы подразделяются на три группы: 1) изверженные (первичные); 2) осадочные (вторичные); 3) метаморфические (видоизмененные).

Изверженные породы. Они образованы из расплавленных магматических масс. В зависимости от условий образования их делят на глубинные породы (граниты, сиениты и др.), медленно затвердевшие под большим давлением в толще земли и излившиеся, твердевшие на поверхности земли (диабазы, базальты, андезиты и др.). К разновидностям изверженных излившихся горных пород относятся также вулканические обломочные горные породы. Эти породы образовались при быстром охлаждении раздробленной, выбрасываемой при извержении вулканов лавы. К обломочным горным породам относятся пемза, вулканические пеплы и др.

Осадочные породы. Они образованы в результате разрушения и отложения горных пород различного происхождения, а также в результате осаждения солей в морских водоемах (химические осадки) и скопления остатков растительного и животного происхождения. Основными породообразующими минералами осадочных горных пород являются кальцит, магнезит, доломит, гипс, ангидрит, каолинит и ДР.

Метаморфические (видоизмененные) породы. Они образованы в результате изменения (преобразования) изверженных или- осадочных горных пород, состав и структура которых изменились под влиянием температуры, давления и химических воздействий. Как правило, метаморфические породы отличаются сланцевой структурой. К наиболее распространенным метаморфическим горным породам, применяемым в строительстве, относятся гнейсы, глинистые сланцы, мраморы и кварциты.

Основные породообразующие минералы. Физико-механические свойства горных пород во многом зависят от их минералогического состава. В состав изверженных горных пород входит сравнительно небольшое количество минералов — это кварц, полевые шпаты, слюды, железисто-магнезиальные минералы.

Кварц является наиболее распространенным минералом земной коры. Он представляет собой кристаллический кремнезем. Основой его химического состава является диоксид кремния. Плотность кварца равна 2650 кг/м3, твердость по минералогической шкале — 7, предел прочности при сжатии — 2000 МПа.

Полевые шпаты содержатся в горных породах в количестве более 50 %. Состав полевых шпатов определяется в основном соотношением компонентов в тройной системе; NaAlSi3Os— KAlSi3©3 — CaAl2Si2O8) т.е. это алюмосиликаты Na, К, Са с примесью других химических элементов, например Ва, Fe, Pb и др. По характеру кристаллизации полевые шпаты разделяют на ортоклазы и плагиоклазы. К ортоклазам относится калиевый полевой шпат КгО • AI2O3 * * 6SiO2, к плагиоклазам — натриевый ЫагО • AI2O3 • 6S1O2 и кальциевый СаО • АЬОз • 2SiO2 полевые шпаты. Твердость их по минералогической шкале равна 6, а плотность — 2500...2700 кг/м3.

Слюды представляют собой группу минералов-алюмосиликатов слоистой структуры. По химическому составу слюды разделяют на алюминиевые, например KAl2[AlSi30io](OH)2, литиевые KIiMg2[Si40io](OH, F) и др. В зависимости от химического состава слюды имеют разнообразный цвет, их твердость по минералогической шкале равна 2,5...3, а плотность 2770...3300 кг/м3.

К группе железистом а г незиальных минералов относятся пироксены. Пироксены имеют твердость в пределах 5...5,6, плотность 310Q...3600 кг/м   и высокую ударную вязкость.

Основными породообразующими минералами осадочных пород являются кальцит, магнезит, доломит, гипс, ангидрид и др.

Кальцит (СаСОз), или кристаллический известковый шпат,— минерал с твердостью по минералогической шкале, равной 3, а плотностью — 2720...2800 кг/м3.

Магнезит (MgCO3) — минерал класса карбонатов группы кальцита, содержит 47,82 % MgO, 52,18 % СО2 и иногда изоморфные примеси (часто Fe, реже Мп, Са). Он имеет белый и желтовато-серый цвет. Твердость йо минералогической шкале 3,75...4,25, а плотность 2900...3100 кг/м3.

Доломит — минерал класса карбонатов, по химическому составу представляет собой двойную углекислую соль кальция и магния CaMg[CO3]2 или СаСОз • MgCO3« Твердость его 3.5...4, а плотность 2800...2900 кг/м3.

Гипс —водная сернокислая соль кальция CaSO4 • 2НгО, твердость по минералогической шкале составляет 1,5, а плотность 2300 кг/м .

Ангидрид — безводный гипс CaSO4, имеет твердость по минералогической шкале З...3,5, а плотность 2800...3000 кг/м .

Каолинит — глинистый минерал из группы водных силикатов алюминия, имеет химический состав Al[Si4plo](OH)8. Твердость его составляет 1, а плотность 2540...2600 кг/м . Этот минерал входит в состав многих глин.

Изделия из горных пород в зависимости от способа получения и материала обработки классифицируют на следующие группы: 1) дробленые, получаемые дроблением горной породы (щебень и искусственный песок); 2) рваные, получаемые методом взрыва массива горной породы (бутовый камень и др.); 3) пиленые, получаемые в карьерах из массивов камнерезными машинами (блоки или крупные камни — заготовки); 4) молотые, получаемые в результате помола горной породы.

Из каменных пород, применяемых в строительстве, наиболее распространены: бутовый камень — для возведения бутовых фундаментов; щебень, гравий, песок — для приготовления бетона, устройства дорожных оснований и других целей; каменные блоки — для кладки и облицовки стен. Некоторые горные породы широко используют как сырье для производства цемента, извести, гипсовых и других вяжущих. Различного рода глины применяют в производстве керамических материалов.

§ 2.2. Добыча природных каменных материалов, их обработка, транспортирование и хранение

Горные породы, используемые в народном хозяйстве, называют полезными ископаемыми. Неиспользуемые слои и прослойки между полезными ископаемыми принято называть пустой породой. Горные породы, применяемые в виде природных строительных материалов и в качестве сырья для производства других материалов, относят к нерудным (неметаллическим) полезным ископаемым. Работы, связанные с их добычей, называются горными. Выработанные пространства, образующиеся в процессе добычи нерудных полезных ископаемых (камня, гравия и песка), получили название выработок, а разрабатываемые месторождения — карьеров.

Месторождения камня, гравия и песка для организации карьеров должны удовлетворять определенным условиям. Разведанные запасы должны размещаться за пределами зоны санитарной охраны шириной 500 м и по отношению к любым населенным пунктам или жилым домам, за пределами зеленых охранных зон, заповедников и по возможности на площадях, непригодных или малоценных для сельского хозяйства.

Разработка месторождений нерудных материалов включает: вскрышные и буровзрывные работы, добычу и обогащение, транспортно-складские и погрузочно-разгрузочные работы. Добычу нерудных материалов осуществляют, главным образом, открытым способом. Разработку их в карьере ведут экскаваторами, гидромеханическим способом, распиловкой массива камнерезными машинами, взрывным способом и т.д. Способы разработки месторождений обусловливаются характером залегания полезных ископаемых.

Вскрытие месторождений. Пласты нерудных полезных ископаемых покрыты сверху слоями породы, называемыми вскрышей. Разработка верхних слоев пустой породы называется вскрытием, а работы по их ликвидации — вскрышными. Для выполнения вскрышных работ применяют экскаваторы, бульдозеры, скреперы и средства гидромеханизации.

Разработка    гравийно-песчаного    карьера.    Гравиемоечные    и сортировочные операции. В практике строительных карьеров наибо-, лее распространены две технологические схемы разработки месторождений — это  экскаваторный  и  гидромеханизированный способы добычи песчано-гравийных масс,.

При экскаваторном способе разработки месторождений естественных рыхлых и предварительно разрыхленных пород основной схемой на добычных работах является следующая: экскаватор — автосамосвал — потребитель. В отдельных случаях используется железнодорожный транспорт. На долю автотранспорта приходится до 96 % всех карьерных работ.

В надводных и обводненных гравийно-песчаных месторождениях применяется гидромеханический способ добычи, включающий несколько схем разработки:

1.         Схема безнапорного размыва породы применяется в том случае,

если имеются возвышенные места с источниками воды и перепад в

отметках    между    подошвой    забоя    и    местом    укладки    грунта,

достаточный для стока пульпы.

2.         Схема гидромониторной разработки пород с самотечным или

1 напорным транспортированием пульпы для рыхлых горных  пород

1 при   мощности   слоев   не   менее   2,5...3,0   м   осуществляется   при

разработке несвязных и малосвязных грунтов путем непосредственного размыва грунта в массиве. Гидромониторную разработку грунтов (плотно слежавшиеся песчаные и песчано-гравийные грунты) производят с предварительным рыхлением.

3. Схема комбинированной разработки пород осуществляется экскаваторами с погрузкой в автосамосвалы или на ленточные конвейеры и подачей грунта в приемно-смесительный бункер для образования пульпы с последующим гидротранспортом ее по пульпопроводам при помощи передвижных землесосных установок.

Выбор технологической схемы разработки зависит от характера залегания месторождений, их мощности, близости потребителя, требований к исходным сырьевым материалам производств-потребителей.