Горные породы

     Химическое  выветривание проявлялось в результате взаимодействия составных частей горных пород с различными веществами, находящимися в атмосфере. Так, полевой шпат (ортоклаз) под действием воды и углекислоты (находящейся в воздухе) разрушался, образуя минерал каолинит: 

     К₂О∙А1₂0₃∙6Sio₂+2H₂0+C0₂ = KaC0₃+4Si0₂+А1₂0₃∙2Si0₂∙2Н₂0 

     К физическому и химическому выветриванию (разрушению) горных пород часто  присоединяется еще биохимическое  выветривание, являющееся результатом  жизнедеятельности животных и растительных организмов. В результате выветривания горных пород образуются дисперсные частицы, зерна и крупные обломки; некоторые из них цементируются  глиной, кальцитом или кремнеземом, образуя цементированные горные породы. В зависимости от крупности  зерен и цементации их различают  следующие виды механических отложений  осадочных горных пород.

     Песок — рыхлая смесь зерен различных пород крупностью 0,16 — 5,0 мм. В зависимости от условий образования пески бывают горные, речные, морские, дюнные, барханные и др. Применяют для приготовления бетонов и растворов.

     Гравий  — окатанной формы зерна крупностью 5...70 мм. Применяют в качестве заполнителя для бетонов.

     Песчаники — горная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированная глинистым, кремнеземистым или известковым веществом. Прочность песчаника зависит от вида цементирующего вещества, крупности и формы сцементированных зерен. Наиболее прочные кремнеземистые песчаники имеют предел прочности при сжатии 200 МПа и более. Используют песчаники в качестве щебня для бетона, облицовки опор мостов и зданий, для дорожных покрытий, так как они имеют высокие морозостойкость и прочность при истирании.

     Конгломераты  — горная порода, состоящая из сцементированных зерен гравия, а брекчия — то же, из сцементированных зерен щебня. Конгломераты и брекчии используют в качестве щебня для бетонов, штучного камня и облицовочных плит.

     1.2.4 Метаморфические (видоизмененные) горные породы

     Метаморфические горные породы образовались из магматических  и осадочных путем их преобразования под влиянием высокой температуры  и давления. В строительстве применяют  гнейсы, глинистые сланцы, мраморы, кварциты.

     Гнейсы по минералогическому составу являются аналогами гранита и имеют сланцевое строение. Используют гнейсы преимущественно как облицовочные плиты, в виде бутового камня для кладки фундаментов и стен не отапливаемых зданий, для тротуаров.

     Глинистые сланцы состоят из уплотненных сланцевых глин. Цвет темно-серый, иногда черный. Глинистые сланцы раскалываются на тонкие плитки, обладают высокой атмосферо стойкостью и долговечностью, что позволяет использовать их в качестве кровельного материала.

     Мрамор  — кристаллическая порода, образовавшаяся из известняков или доломитов. Кристаллы соединены без цементирующего вещества. Прочность мрамора до 300 МПа. Твердость небольшая — 3,0...3,5. Он сравнительно легко пилится на плиты и хорошо полируется. Применяют мрамор для облицовки внутренних частей зданий, так как снаружи зданий полировка быстро утрачивается. Это объясняется слабой химической стойкостью мрамора при воздействии на него атмосферы.

     Кварциты  — метаморфическая разновидность кремнистых песчаников с пере кристаллизованными и сросшимися зернами кварца, так что цементирующее вещество неразличимо. Кварциты стойки против выветривания, прочность достигает 400 МПа. Используют кварциты для облицовки зданий, опор мостов, а также как сырье для производства динасовых огнеупорных изделий. 

     Глава 2. Природные каменные материалы: разработка, материалы и изделия 

     2.1 Разработка и обработка природных каменных материалов 

     Горные  породы, пригодные для изготовления каменных материалов, называют полезными ископаемыми. Породы, сопровождающие полезные ископаемые и не используемые для указанной цели, относят к пустой породе. Работы, связанные с добычей полезных ископаемых, называют горными работами. Выработанные пространства, образующиеся в процессе добычи полезного ископаемого, получили название выработок, разрабатываемые месторождения — карьеров.

     Добычу природных каменных материалов осуществляют главным образом открытым способом. Разработку горных пород в карьерах ведут экскаваторами, гидромеханическим способом, камнерезными машинами, взрывным способом и т.д. Современные способы добычи основаны на широкой механизации всех производственных операций.

     Выбор способа добычи природных каменных материалов зависит от вида горной породы, глубины и условий ее залегания, твердости и др. Рыхлые горные породы — песок, гравий, глину — добывают открытым способом с помощью различных машин, из которых наиболее распространенными являются одно и многоковшовые экскаваторы, а также с помощью гидромеханизации. Сущность гидромеханизации заключается в том, что вода подводится к месту добычи грунта под давлением, создаваемым насосами, проходит через гидромонитор и, вылетая с большой скоростью из его насадки, производит размыв породы. Затем из смеси грунта с водой (пульпы) выделяется товарная продукция (песок или гравий).

     Песок и гравий в карьерах классифицируют по крупности зерен на две фракции и более. Щебень получают дроблением горных пород, добываемых взрывным или другим способом. Поскольку нерудные материалы, поступающие с карьеров, по крупности, зерновому составу, количеству примесей обычно непригодны для непосредственного использования в бетонах, необходима их переработка, включающая операции по дроблению, фракционированию, выработке мелких фракций, мойке, обогащению и складированию. Дроблению подвергаются зерна горной породы крупностью до 1200...1500 мм. Для сборного железобетона используется щебень крупностью 5...40 мм. Существующие конструкции дробильных установок не могут обеспечить измельчение кускового материала необходимых фракций при однократном прохождении, поэтому применяют двух или трехступенчатые схемы дробления. Для дробления используют дробилки щековые, конусные, валковые и ударного действия (молотковые и роторные). Выбор схемы дробления и типа дробильного оборудования производят с учетом свойств исходного сырья и условий обеспечения максимального выхода качественного по размерам и форме заполнителя.

     Эффективность работы дробильных агрегатов повышается при многоступенчатом дроблении  с применением классификаторов, например виброгрохотов. Дробление нерудных материалов, как правило, производят в стационарных установках на заводе, однако в последнее время все большее применение находят передвижные дробильные установки.

     Простейший  вид классификации — грохочение; с его помощью производят разделение материала на фракции заданных размеров. На предприятиях нерудных строительных материалов широко применяют плоские вибрационные грохоты. Для получения чистых, свободных от примесей заполнителей окончательное грохочение совмещают с промывкой.

     После дробления и грохочения в материале остаются загрязняющие примеси в виде глины, ила и др., ухудшающие качество заполнителя. Для промывки нерудных строительных материалов широко используют наклонные лопастные двух вальные корытные мойки, а также барабанные промывочные машины. Барабанные промывочные машины в зависимости от направления движения отработанной воды со шламом бывают прямоточные и противоточные. Более эффективны противоточные машины, они выдают чистый заполнитель различной степени крупности от мелкого до 350 мм. В последнее время получили распространение вибрационные промывочные машины, как более эффективные, потребляющие относительно мало энергии и воды, и, менее металлоемкие. Эффективен в работе также вибро каскадный промывочный грохот, который предназначен для промывки зерен крупностью до 100 мм с содержанием глины до 10%.

     Наряду  с грохочением применяется более точная гидравлическая классификация. Из гравитационных наиболее совершенны вертикальные классификаторы с восходящей струей. Классификация осуществляется в две стадии. Сначала пульпа разделяется в обогатительной камере, где основная часть мелких фракций выносится в слив, а оседающие крупные зерна песка поступают в классификационную камеру, где происходит окончательное разделение гидро смеси. Частицы крупнее заданного размера оседают к разгрузочному устройству, а мелкие — восходящим потоком выносятся в слив. Центробежные классификаторы (гидроциклоны, центрифуги) используют для выделения из песка и разделения зерен крупностью 0,15...0,3 мм.

     Обезвоживание нерудных материалов производят различными способами. Чаще применяют дренирование, широко используют для обезвоживания нерудных материалов сушку — естественную (в штабелях) или искусственную (в сушильных барабанах).

     Операции  по технологической переработке нерудных материалов одновременно способствуют их обогащению и повышению качества, но существуют и специальные способы обогащения, рассчитанные на переработку особых видов сырья, например с высоким содержанием слабых пород, а также на получение специальных видов заполнителя, обогащение щебня в грануляторах, тяжелых средах и др. Правильные условия

     Правильные условия складирования нерудных строительных материалов обеспечивают сохранность их высокого качества и уменьшают потери.

     По  способу хранения склады различают: открытые — штабельные, штабельно-траншейные, штабельно-эстакадные; закрытые — полубункерные, бункерные и силосные. Заполнители хранятся раздельно по видам, фракциям и сортам.

     Массивные изверженные горные породы разрабатывают, как правило, взрывом, При отделении глыб слоистых, трещиноватых, столбчатых пород применяют механические средства (клинья, механические лопаты и др.). Мягкие породы (известковые туфы и др.) добывают путем распиловки массива камнерезной машиной на блоки определенных размеров и правильной геометрической формы. При разработке месторождений некоторых разновидностей гранитов, туфов, мраморов (в открытых выработках) на штучный камень, плиты, блоки и т. д. применяют также способ распиловки породы механическими пилами.

     Камнерезную машину СМ-177А применяют для вырезки  непосредственно из горного массива  блоков мрамора и других горных пород  прочностью 5...180 МПа. Конструкция этой машины позволяет выполнять операции по проходке продольных и поперечных траншей, прорезке поперечных рядов на глубину блока, подрезке блока снизу и окончательной отрезке от массива. Можно получить максимальный размер блока 1000×1000 мм при произвольной длине.

     Камнерезная машина КМАЗ-188 предназначена для  вырезки штучного камня в подземных  условиях, в забоях небольшого сечения (ширина 2880 мм и высота 2330 мм), а также в шахтах большого сечения и открытых разработках. Управление машины кнопочное с пульта управления электромагнитной станции, установленной на машине. Эту машину применяют для вырезки камня ракушечника прочностью до 3 МПа, размерами 19×24×49 и 19×19×39 см. Для обработки камня из пород прочностью до 40 МПа применяют фрезерный станок ЛТ-2, на котором можно обрабатывать камни длиной до 480 мм и высотой до 400 мм.

     В зависимости от способа изготовления изделий материалы из природного камня делят на следующие виды:

• пиленые — получаемые из массива камнерезными или камнекольными машинами (блоки-полуфабрикаты, крупные камни);
• пиленые — из блоков-полуфабрикатов с последующей обработкой (облицовочные плиты, цельные ступени, подоконные доски и т.п.);
• колотые — раскалыванием блоков с последующей обработкой (плиты и камни тесаные, бортовой камень, брусчатка и т.п.);
• грубоколотые — направленным раскалыванием блоков без последующей обработки (постелистый камень);
• рваные — взрыванием горной породы и отделением мелких фракций (бутовый камень);
• дробленые — дроблением горной породы с последующим разделением на фракции (щебень, песок искусственный);
• молотые — помолом горной породы (молотый минеральный порошок, каменная мука).

     По  характеру обработки поверхности  камня, получаемого раскалыванием, различают следующие фактуры:

• «скала»,
• рифленую,
• бороздчатую,
• точеную.

     При обработке камня абразивами получают следующие фактуры:

• шлифованную, имеющую мелко шероховатую поверхность,
• лощеную гладкую,
• бархатисто-матовую поверхность с выявленным рисунком камня,
• зеркальную с гладкой поверхностью и зеркальным блеском.

     Готовые изделия при перевозке следует  предохранять от загрязнения и повреждений. Блоки для распиливания, крупные стеновые блоки, бортовые камни можно перевозить на открытых платформах без тары с укладкой правильными рядами на прокладках, предохраняя от повреждений. Облицовочные плиты перевозят закрепленными клиньями в прочной таре в вертикальном положении попарно, лицевыми поверхностями друг к другу, с прокладкой бумаги между ними. Плиты из изверженных пород можно перевозить без тары, установленными на ребро и разделенными деревянными прокладками.