книги из ГПНТБ / Волков, М. И. Методы испытания строительных материалов учеб. пособие

Гл ава I. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА СКАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД И ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Каменные материалы — один из ведущих материалов в строительстве — используют для устройства фундаментов, под­ порных стенок, для укрепления откосов, мощения дорог, приго­ товления бетонов, в дренажных устройствах и дорожных одеж­ дах.

Исходным сырьем для производства природных каменных материалов служат скальные горные породы, из которых в ре­ зультате механической переработки (раскалывания, тески, дробления и др.) получают тот или иной рваный, штучный или дробленый каменный материал (бут, брусчатку, шашку для мощения, 'бортовой камень, блоки, щебень и др.).

Качество каменных материалов в значительной мере зави­ сит от состава, признаков и свойств исходной горной породы и технологии ее переработки и обработки.

Технологию переработки горной породы выбирают на осно­ вании изучения ее специфических особенностей: петрографичес­ ких признаков, технологических, физических и механических свойств, структурно-текстурных признаков, в комплексе опре­ деляющих качество горной породы как сырья для производст­ ва каменных материалов.

В результате рациональной технологии переработки и об­ работки монолитов горных пород или горной массы, отделен­ ных от массива породы в карьере, получают природные камен­ ные материалы, которые классифицируют следующим образом:

1)грубоколотые — бутовый камень (рваный, постелистый, лещадочный), шашка для мощения, окол;

2)дробленые — щебень, гравий, песок; -

3)штучные—'.грубооколотые, относительно правильной формы, тесаные, пиленые, шлифованные, полированные (брус­ чатка, шашка для мозаиковой мостовой, бортовой камень, бло­ ки);

4)штучные фасонные — изделия различной формы с необхо­ димой обработкой поверхности (облицовочные плиты).

§ 1. с к а л ь н ы е г о р н ы е п о р о д ы

Внешние петрографические признаки

По петрографическим признакам можно определить вид гор­ ной породы, ее минералогический состав и составить ориенти­

11

ровочную характеристику качества породы как исходного сырья для производства каменных материалов.

Для испытания отбирают кусок горной породы, типичный Для поставок размером примерно 30X30X40 см, со свежим расколом. В случае неоднородности надо отобрать 2—3 куска породы. Определение следует вести ів таком порядке.

1.Определить размер в см и форму куска породы (правиль­ ная кубовидная, плитовидная, угловатая неправильная и др): характер плоскости раскола (гладкий, рваный, шероховатый, раковистый) и ребер (тупые, острые). По этим данным ориенти­ ровочно определяют возможность получения проектируемой ка­ менной продукции.

2.Определить цвет, блеск и наличие микротрещин. Цвет по­ роды зависит от минералогического состава, свежести (или выветрелости) и влажности породы. Помутневшие кристаллы, бу­ рые пятна и затеки являются признаками выветрелости. Мик­ ротрещины могут образоваться в результате геологических яв­ лений в земной коре, в этом случае они хорошо отличимы от об­

щей окраски породы, или в результате .механических деформа­

тава с помощью напильника делают надпил и отделившиеся кру­ пинки собирают на белую глянцевую бумагу и затем изучают на предметном стекле бинокулярной лупы, пользуясь таблицей главнейших породообразующих минералов (табл. 6).

4. Определить твердость породы на свежем изломе по шкале твердости. Твердость породы зависит от ее минералогического состава, поэтому для сложных (полиминеральных) и крупно­ зернистых пород такой метод может дать лишь приближенное

1 Точное определение может быть выполнено в специальных петрографа ческих лабораториях.

12

13

Продолжение табл. 6

твердость которой надо определить, выбирают близкий по твер­

оборот. Испытание ведут до тех пор, пока не будет найден эта­ лон, твердость которого эквивалентна твердости горной породы.

5. Охарактеризовать структуру (или строение) и однород­ ность породы по крупности, расположению кристаллов и связи между ними. Структура может быть кристаллическая или зер­ нистая (мелко-, средне-, крупно- и грубозернистая), пегматито­ вая, стекловатая, порфировая и др.

По крупности зерен (кристаллов) горные породы делят на четыре группы (табл. 7).

14

Т а б л и ц а 7

Размер кристаллов или зе­

6. Определить вид текстуры (или сложения) породы по ' ко­ личеству вещества, слагающего породу в единице объема, и характеру взаимного расположения минералов. Текстура может быть плотная, пористая, пемзовидная, слоистая, сланцеватая, землистая и др.

По петрографическим признакам, минералогическому составу и структурно-текстурным признакам можно дать предваритель­ ную (ориентировочную) оценку качества породы и уточнить про­ грамму лабораторных испытаний с учетом предполагаемого использования горной породы.

Примеры изучения петрографических признаков горных пород

1. Образец породы параллелепипедальной формы размером 40X 25X18 см, равномерно-серого цвета, среднекристаллической структуры, плотной тексту­ ры. Хорошо видны кристаллы полевого шпата (на всем поле зрения), зерна кварца, темной слюды и отдельные кристаллы авгита. Раскол направленный, плоскость раскола шероховатая, ребра туповаты. Признаков выветрива­ ния нет.

Порода может быть отнесена к среднекристаллическим гранитам марки I. Прочная, морозостойкая, твердая, обладает хорошим расколом. Пригодна для производства как штучных, так и дробленых каменных материалов.

2. Образец породы неправильной угловатой формы размером 35Х47Х Х28 см. Серого цвета с прожилками кальцита размером до 1 см, равномерной тонкокристаллической структуры, вскипает при действии 10%-ной соляной кислоты, раскол гладкий, слегка шероховатый, ребра острые. Порода плот­ ная, прочная, морозостойкая, раскол неправильный.

Порода может быть отнесена к группе известняков марки 1.

Пригодна для производства щебня и грубоколотых материалов (бутово­ го камня, шашки).

Физические свойства

Плотность у у зависит от минералогического состава породы и характеризует пористость материала. Обычно плотность опре­ деляют с точностью до 0,01 г/см3сіпоімощьюіпикнометра (рис. 2) или объемометра (рис. 3). Последовательность определения та­ кова.

1. Отобрать среднюю пробу породы, грубо раздробить до

15

ной водой, после чего перенести содержимое чашки с помощью воронки в пикнометр вместимостью 100 см3 с таким расчетом, чтобы пикнометр был заполнен суспензией не более чем наполо­ вину.

5. Пикнометр с содержимым поставить под стеклянный кол­ пак вакуумной установки и осторожно удалить воздух (рис. 5).

Удалить воздух можно также осторожным кипячением на песчаной бане в течение 16—20 мин. В этом случае необходимо после кипячения охладить пикнометр с содержимым до комнат­ ной температуры.

6. Долить пикнометр до черты (по нижнему мениску) дистиллированной водой и взвесить с точностью до 0,01 г, затем освободить пикнометр от содержимого, ополоснуть, заполнить его до черты дистиллированной водой комнатной температуры

ивзвесить.

7.Вычислить плотность по формуле

gi

форму в виде куба или цилиндра, измерить геометрические раз­ меры каждого^ образца штангенциркулем с точностью до 0,1 мм, определить объем и вычислить объемную массу по формуле

где g — масса абсолютно сухого образца в г; V — объем образца в см3.

2. При отсутствии образцов правильной формы отколоть куски породы массой 100—200 г, очистить их от пыли и высу­ шить при 105—110° С в сушильном шкафу.

3.Подготовленные образцы охладить в эксикаторе до ком­ натной температуры, взвесить с точностью до 0,01 г, а затем каждый образец опустить в расплавленный парафин и быстро вынуть. Удалить пузырьки воздуха в парафиновой пленке, раз­ глаживая их горячей металлической пластинкой или проволо­ кой (образцы покрывают пленкой парафина для защиты от ома­ чивания).

4.Подвязать каждый образец породы тонкой нитью и, под­ вешивая поочередно к крюку гидростатических весов (рис. 6), взвесить на воздухе и в воде.

5. Вычислить объемную массу по формуле

Yo

gl —g2 —gl —g

Ту.пар

где g — масса сухого образца породы в г; gi — масса образца, покрытого парафином, на воздухе в г; g2 — масса образца, покрытого парафином, в во­

де в г; уу.пар — плотность паірафина в г/сж3 (среднее значение 0,93 г/сж3).

Если отобранная проба горной породы неоднородна, сред­ нюю плотность определяют для каждой разности отдельно.

Для плотных и равномерно тонкопористых горных пород можно ориентировочно определить объемную массу, предва­ рительно насытив образец водой (без парафинирования). Водо­ насыщенный образец породы надо опустить осторожно в мер­ ный цилиндр (500 см3) диаметром 7 см, предварительно запол-

зец; 3 — бюретка

ненный на !/з водой. Замеренный по делениям новый объем воды равен объему образца. Для этой цели может быть также исполь­ зован объемомер (рис. 7),

Пористость Р — объем пор и микрощелей в единице объема

образца породы — выражают в процентах и вычисляют по фор­ муле

Р = ( . - І ) , о о ,

где у0 — объемная масса; у у — плотность.

18

Пористость дает представление о суммарной пористости по­ роды (открытых и закрытых пор) и не характеризует располо­ жение и диаметр пор. Сопоставляя показатель пористости с по­ казателем водонасыщения, возможно приближенно судить об открытой пористости.

Значения плотности, объемной массы и пористости исполь­ зуют для ряда инженерных расчетов (определение массы эле­ ментов сооружений, коэффициента уплотнения, перевод объема на массу материалов при подсчете транспортных перевозок, скла­ дов и др.) (табл. 8).

Влажность — количество воды, содержащееся в данный мо­ мент в породе. Последовательность ее определения такова.

1. Отобрать куски породы размером около 5X5X5 см, быстро взвесить их с точностью до 0,01 г, пронумеровать и высушить

всушильном шкафу при 105—110° С.

2.Высушенные до постоянной массы образцы охладить и взвесить. Потеря массы, выраженная в процентах по объему (или его массе), характеризует влажность породы.

Водопоглощение — способность породы поглощать воду (ка­

пиллярный подсос и адсорбция поверхностью образца) при дли­ тельном выдерживании в воде при нормальном атмосферном давлении и температуре 18—20° С. Порядок определения водопоглощния следующий.

1.Подготовить куски породы кубовидной формы с длиной ребра около 6 см. Для однородных по текстуре горных пород количество образцов должно быть 3, а для неоднородных 5—6. При изготовлении образцов необходимо не допустить повреж­ дений (трещин, нарушений сплошности и др.).

2.Подготовленные образцы промыть и высушить до постоян­ ной массы при температуре 105—110°С, охладить, очистить по­

верхность от пылеватых частиц и взвесить с точностью до 0,01 г.

3.Маркированные образцы погрузить в воду (в стеклянную или металлическую кюветку-ванночку) так, чтобы поверх них был слой воды толщиной 2 см, и насыщать в течение 48 ч.

4.Через 48 ч поочередно вынуть каждый образец, вытереть влажной мягкой тканью и взвесить. При этом масса воды, выте­ кающей из пор образцов, помещенных на чашку весов, должна включаться в массу образца.

5.Вычислить водопоглощение W с точностью до 0,01% по формуле

де , _ _ £ в ----- £с_ JQQ ^по массе) >

хого в г; уо — объемная масса породы в г/см3.

19