Песок и щебень это полезные ископаемые

Строительное дело почти целиком базируется на извлекаемых из недр Земли полезных ископаемых и нередко требует все новых видов сырья. Ни один вид строительства не обходится без применения нерудных строительных материалов, таких как песок, песчано-гравийные смеси, природные каменные материалы, глины, известняк, доломит, мел, мергель и другие. Поэтому, перед началом строительства стоит задача обеспечения объекта всеми видами минерального сырья, что нередко требует открытия и вовлечения в разработку новых месторождений полезных ископаемых.

Итак, для начала немного теоретических сведений, необходимых для большего понимания материала.

Полезное ископаемое — природное минеральное образование, пригодное для использования в народном хозяйстве в естественном виде или после переработки.

Нерудные полезные ископаемые — неметаллические полезные ископаемые, используемые в промышленности и строительстве в естественном виде или как сырье.

По области использования нерудные полезные ископаемые подразделяются на:

 — горно-химическое сырьё;

— горно-металлургическое сырьё;

— строительные материалы;

— технические кристаллы.

В настоящей статье мы рассмотрим только нерудные полезные ископаемые, применяемые в строительстве — нерудные строительные материалы или строительные горные породы.

Итак, нерудные строительные материалы (строительные горные породы)- это неметаллические полезные ископаемые, используемые в строительстве в естественном виде или как сырье.

К нерудным строительным материалам относят заполнители для бетона и асфальтобетона, стеновые камни и блоки, облицовочные изделия, дорожно-строительные материалы, минеральный порошок и др.

В промышленности строительных материалов согласно генетическому признаку наиболее широко используют следующие важнейшие виды строительных горных пород:

— Осадочные, образовавшиеся путем накопления (осаждения) продуктов разрушения магматических, метаморфических и более древних осадочных горных пород.

— Магматические (изверженные), которые по условиям образования делятся на глубинные (интрузивные) и излившиейся (эффузивные) породы.

— Метаморфические ( видоизмененные), в которых изменение строения и состава произошло в природе, под влиянием высокой температуры и давления, под воздействием химически активных газообразных веществ и горячих растворов циркулирующих в породах.

Рассмотрим подробно наиболее часто встречающиеся породы.

I) Осадочные горные породы:

а) Песчаные и песчано-гравийные породы

Геологи выделяют два вида пород: песчаную и песчано-гравийную. Чисто гравийных месторождений в природе не бывает. Обычно гравий залегает вместе с песком, образуя гравийно-песчаные массы, содержания гравия в которых колебелется в очень больших пределах. Часто в таких отложениях встречаются валуны (обломки горных пород размер которых превышает 100мм). Песчаной называют породу при содержании гравия меньше 10% общей массы, песчано-гравийной при содержании гравия более 10%. Существует еще валунно-гравийно-песчаная порода- с содержанием гравия более 10% и валунов более 5%.

Песок — это природный неорганический сыпучий материал с крупностью зерен до 5 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения скальных горных пород и получаемый при разработке валунно-гравийно-песчаных, гравийно-песчаных и песчаных месторождений (определение согласно ГОСТ 8736-2014).

Песок является рыхлой осадочной горной породой, состоящей не менее чем на 50% из зерен кварца, полевых шпатов и других минералов и обломков горных пород.

Пески подразделяются на:

— грубые пески (размер зерен более 3мм)

— крупные пески (размер зерен 0,5-2мм)

— средние пески (размер зерен 0,35-0,50мм)

— мелкие пески (размер зерен 0,14-0,35мм)

— пылеватые пески (размер зерен 0,01-0.14мм).

Применение песков в строительстве очень широкое — в качестве заполнителя для производства бетона, асфальтобетона, строительных растворов, создания насыпей земляных сооружений, отсыпки  земляного полотна железных и автомобильных дорог. Без песка не обходится ни одно строительство. Это наиболее распространенный строительный материал.

                 Гравий- это рыхлый каменный материал, образовавшийся в результате выветривания горных пород, размером частиц 5-70 мм.

Гравий выпускают в виде следующих основных фракций (согласно ГОСТ 8267-93):

— от 5(3) до 10 мм;

— св. 10 до 15 мм;

— св. 10 до 20 мм;

— св. 15 до 20 мм;

— св. 20 до 40 мм;

— св. 40 до 80(70) мм

— смесь фракций от 5(3) до 20 мм.

По согласованию изготовителя с потребителем выпускают гравий в виде других смесей, составленных из отдельных фракций, а также фракций от 80(70) до 120 мм, св. 120 до 150 мм.

Гравий применяется в качестве заполнителя для бетонов, асфальтобетонов, баластной призмы железнодорожных путей, рабочих слоев и покрытий дорожной одежды автомобильных дорог и др.

б) Глинистые породы

К глинистым осадочным породам в первую очередь относятся имеющие очень большое распространение, различные по составу и происхождению супеси, суглинки и глины, а так же встречаемые более редко алевролиты и аргиллиты. Состоят эти породы из так называемых первичных (кварц, полевой шпат, слюда) и вторичных (каолинит, монтмонириллионт и др.) глинистых минералов, присутствие которых и обуславливает все специфические особенности глин: набухание при увлажнении, усадка при высыхании, пластичность, липкость и др.

 Супесь- это рыхлые осадочные породы с содержанием глинистых частиц (менее 0,005мм) в количестве от 3% до 10%.

 Суглинок- это рыхлые осадочные породы с содержанием глинистых частиц (менее 0,005мм) в количестве от 10% до 30%.

Глина- это рыхлые осадочные породы с содержанием глинистых частиц (менее 0,005мм) в количестве более 30%

Алевролиты- это сцементированные пылеватые суглинистые породы.

Аргиллиты- сцементированные глины.

Глинистые породы применяются для производства цемента, керамического кирпича, керамических изделий для наружной и внутренней облицовки зданий (облицовка фасадов, фасадные плитки, ковровая керамика), в качестве гидроизолирующего слоя при строительстве различных сооружений, производства санитарно-технических изделий, теплоизоляционных изделий (керамзит), кровельных керамических изделий, керамических труб.

в) Органогенные осадочные породы

Известняк- скальная порода, не менее чем на 75% состоящая из CaCO3 преимущественно органогенного происхождения (слагается из известковых раковин моллюсков, известковых водорослей, кораллов и др.). Менее распространены известняки химического происхождения (оолитовые известняки, известковые туфы). Используется как сырье для цементной промышленности, для производства щебня, облицовки зданий.

Мергель- известняк, в составе которого преобладает глина. При содержании в мергелях минерала кальцита не менее 75%  их называют известняковыми, а менее 10% — глинистыми. Мергели используют как сырье для производства портландцемента.

Мел- состоит из мелких частиц раковин простейших животных. По химическому составу он аналогичен известянику. Мел используют при производстве извести, для приготовления красок, замазок и цемента.

II. Магматические горные породы:

Гранит — является полиминеральной кислой горной породой, одной из самых распространенных магматических пород на Земле.

Гранит состоит из калиевого полевого шпата (ортоклаза) — 40-70%, кварца, являющегося наиболее стойкой составной частью гранита (20-40%) и слюды (мусковита или биотита)-5-20%.

Граниты применяют в качестве строительного и облицовочного материала,  из гранита получают высококачественный щебень, который используют в строительстве всех видов сооружений, а так же при производстве бетона.

Гранитный щебень выпускают в виде следующих основных фракций (согласно ГОСТ 8267-93):

— от 5(3) до 10 мм;

— св. 10 до 15 мм;

— св. 10 до 20 мм;

— св. 15 до 20 мм;

— св. 20 до 40 мм;

— св. 40 до 80(70) мм

— смесь фракций от 5(3) до 20 мм.

По согласованию изготовителя с потребителем выпускают щебень в виде других смесей, составленных из отдельных фракций, а также фракций от 80(70) до 120 мм, св. 120 до 150 мм.

Габбро- состоит из полевых шпатов, пироксена, авгита, оливина и друних темноокрашенных минералов. Структура габбро гранитная. Применяется для наружной облицовки зданий и получения щебня.

Лабрадорит- одна из разновидностей семейства габбро, полнокристаллическая магматическая горная порода, состоящая в основном из минерала лабрадора. Применяется для наружной и внутренней облицовки зданий и сооружений.

III.Метаморфические горные породы:

Гнейсы – по минералогическому составу сходны с гранитами, из которых они образовались в результате перекристаллизации под большим давлением. Они состоят главным образом из полевых шпатов, кварца и одного или нескольких минералов: биотита, мусковита, роговой обманки, авгита.

Гнейсы имеют так называемое сланцеватое строение. Для них характерно то, что составляющиме породу минералы вытянуты в направлении, перпендикулярном направлению давления.

Гнейсы используются для кладки фундаментов, в качестве бутового камня, в виде плит для облицовки каналов и набережных, для устройства тротуаров.

Мрамор – метаморфическая разновидность карбонтаных пород- известняков, доломитов и доломитизированных известняков, отличающихся от них зернисто-кристаллическим строением  и высокой плотностью. Зерна кальцита в мраморе непосредственно связаны сцеплением кристаллов.

Мрамор используется для декоративных и облицовочных работ: из него делают плиты для внутренней отделки зданий, лестничные ступени, плитки для полов.

Кварцит – метаморфическая разновидность кремнистых песчаников с перекристаллизованными зернами кварца, которые срослись между собой так, что цементирующее вещество неразличимо. Они образуются путем метаморфизации кварцевых песков и песчаников под влиянием высоких температур и давления.

Кварциты используются в виде штучных камней для особо ответственных конструкций зданий и сооружений (для изготовления подферменных камней в мостах и др.), в качестве бутового камня, щебня и для наружных облицовок повышенной стойокости (декоративные облицовочные плиты).

ООО «ДОРГЕОПРОЕКТ»

(499) 393-38-36

       www.dorgeoproekt.ru

dorgeoproekt@bk.ru

Для песка, гравия и других обломочных пород большое значение имеет гранулометрический состав. Границы между различными разностями обломочных пород проводятся по-разному.

По одной из классификаций выделяют следующие пределы по диаметру частиц (в мм): пески —мелкий 0,25—0,1, средний 0,50—0,25, крупный 1— 0,50; гравий — мелкий 2,5—1, средний 5—2,5, крупный 10—5; галька и щебень—мелкие 25—10, средние 50—25, крупные 100—50; валуны—мелкие 250—100, средние 500—250, крупные 1000—500; глыбы — более 1000. По другой классификации к глыбам относят частицы более 1500 мм, а к гравию — от 3 до 70 мм.

Следует отметить, что гранулометрический состав рассматриваемой группы пород во многих случаях неоднородный, в связи с чем их называют обычно по преобладающей фракции, а в ряде случаев встречаются разнозернистые песчано-гравийные породы. В этой же группе обломочных пород следует рассматривать и глыбово-щебеночный материал, развитый вдоль горных склонов, а также маршаллит — мучнистую сыпучую кварцевую породу.

Значительное количество кварцевых песков используется благодаря особенностям их состава. К числу отраслей промышленности, чистота состава кварцевых песков для которых имеет важнейшее значение, относятся стекольная, керамическая, производство ферросилиция, карбида кремния, карборунда, жидкого стекла, силикатного кирпича, динаса, элементного кремния и т. д. Для стекольной и керамической промышленностей особенно вредны элементы-хромофоры: железо, хром, титан, ванадий, никель и др. Ограничивается также содержание СаО, Аl2О3 и некоторых других компонентов.

При производстве изделий тонкой керамики марок ПК-95 и ПК-93 содержание SiO2 должно быть соответственно не менее 95 и 93%, а Fe2O3 + TiO2 не более 0,2 и 0,3%, каолина до 1 и 2% соответственно. Для песка, используемого в производстве силикатного кирпича без помола, SiO2 должно быть более 50%, SO3 не более 2%, сумма щелочей в пересчете на Na2O не более 3,6% (для пересчета содержания K2O на Na2O содержание K2O в процентах умножают на коэффициент 0,7), глинистых и пылеватых частиц диаметром меньше 0,05 мм не более 10%, в том числе частиц менее 0,005 мм не более 2%.

Те же компоненты лимитируются при производстве силикатного кирпича с помолом песка, а также изделий из автоклавных бетонов. При этом для изделий из ячеистого бетона содержание SiO2 должно быть более 90 %, сумма щелочей до 0,9 %, частиц менее 0,05 мм меньше 3 %, в том числе частиц меньше 0,005 мм менее 0,5 %.

Лимитируется также содержание органических примесей, а для песков, используемых без помола, и содержание частиц крупнее 5 мм. Однородность гранулометрического состава играет большую роль и для стекольной промышленности. Высокое содержание SiO2 лимитируется для фильтровальных, а также абразивных песков. В качестве абразивных песков используются пески с остроугольными зернами. Большое значение гранулометрический состав имеет при использовании песков в качестве заполнителей бетона, в качестве балласта при строительстве железных дорог.

Пески применяют в качестве отощающей добавки в глины при изготовлении кирпича и черепицы, заполнителя в асфальте, дорожных оснований при строительстве автомобильных дорог, в кладочных и штукатурных растворах, в качестве присыпочного материала в производстве кровельных рулонных материалов и др. В большинстве случаев, в том числе для использования песка в качестве заполнителей бетона, вредной считается глинистая фракция песка.

В государственном стандарте по формовочным пескам к глинистой фракции относят частицы диаметром меньше 0,022 мм. В зависимости от марки предельное содержание этой фракции составляет 0,2—1,1%. Среди формовочных песков выделяют три вида по характеру зерен:

• округлые,
• полуокруглые,
• остроугольные.

По соотношению фракций различных размеров зерен пески делят па две категории — А и Б.

К категории А относят пески с остатком на верхнем сите основной фракции большем, чем на крайнем нижнем сите, а к категории Б — пески с остатком на крайнем нижнем сите большим, чем на крайнем верхнем. По размерам зерен песок делится в рассматриваемом стандарте па семь групп: грубый, очень крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и пылевидный.

Например, у грубых песков (группа 063) зерна основной фракции остаются на ситах 1 (в скобках здесь и ниже — диаметр сит в мм) 063 (0,63) и 04 (0,4); у крупных 04 (0,4), 0315 (0,315) fl 02 (0,2); у пылевидных 0063 (0,063), 005 (0,05) и в тазике. Кроме того, выделяют пески со средоточенной зерновой структурой, у которых не менее 70% зерен (по массе) остается на смежных трех ситах, и пески с рассредоточенной зерновой структурой. Для формовочных песков важны хорошая газопроницаемость и достаточная огнеупорность, обусловленная высоким процентом зерен кварца.

Для разливки чугуна огнеупорность литейных песков должна быть выше 1400 °С, стали выше 1500 °С, медных, алюминиевых и магниевых сплавов выше 1200, 800 и 7000 °С (так как приведенные данные указывают на температуры, при которых осуществляется разлив литья).

Среди песков для строительных работ выделяют по модулю крупности (в мм): крупные 2,5, средние 2—2,5, мелкие 1;5—2 и очень мелкие 1—1,5. Для заполнения бетона и в качестве материала для дорожных одежд используют только первые три группы, а для строительных растворов можно применять и четвертую группу. Остаток на сите 063 (т. е. с ячейками 0,63 мм) у групп с 1 по 4 составляет по массе соответственно свыше 45, 30—45, 10—30 и до 10%. При этом, если по модулю крупности песок отвечает одной группе, а по остатку на сите 063 другой, то в оценке решающую роль играет модуль крупности.

Гравий и природная щебенка используются или в естественном виде, или после дробления. Дробятся обычно валуны и глыбы, хотя в некоторых случаях из глыб можно получить и штучный камень, в том числе облицовочные доски.

Гравий, щебенка и валуны оцениваются по содержанию дробленых зерен, зерновому составу, форме зерен, прочности, содержанию зерен слабых пород (в том числе мягких сланцев, выветрелых разностей и др.), пылевидных, глинистых и илистых частиц и по минерально-петрографическому составу.

Для заполнения бетона монолитных и сборных конструкций и железобетонных конструкций дробленых зерен должно быть не менее 80% по массе, при этом под дроблеными понимаются зерна, поверхность которых околота больше чем наполовину. Определяется дробимость как следствие потери в массе после испытания в цилиндре, истираемость — по потерям массы в полочном барабане, морозостойкость — по числу циклов замораживания и оттаивания при определенной лимитируемой потери в массе.

Лимитируется минимальное количество пылеватых, глинистых и илистых частиц для разных марок гравия от 1 до 2%, в том числе количество глины в комках должно быть не более 0,25%- Ограничивается число частиц игловидной и плоской (лещадной) форм. Так, для обычного щебня оно составляет (в %) не более 35, улучшенного 25 и кубовидного 15. Пределы прочности при сжатии изменяются в зависимости от марок от 40 до 100 МПа.

Песок и гравий добывают в огромных количествах, их мировая добыча измеряется миллиардами тонн; только в США она составляет около 860 млн. т.