ГЕНЕТИКА И СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ДОРОЖНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Материалы, соответствующие по своим техническим свойствам техническим требованием и условиям их работы в дорожных конструкциях и сооружениях, называют дорожно-строительными (например, дорожные асфальтобетон и цементобетон, щебень, гравий, песок, бортовой камень, брусчатка, шашка для мощения и другие). Для строительства только 1 км автомобильной дороги III технической категории с асфальтобетонным покрытием требуется примерно 2500 м³ щебня, 4500 м³ песка, 120 т минерального порошка и 100 т битума.

Для строительства, ремонта и содержания, автомобильных дорог и сооружений применяют разнообразные природные и искусственные материалы. Природные строительные материалы добывают в местах их образования, обычно в верхних слоях земной коры (например, песок и гравий). Искусственные дорожно-строительные материалы изготавливают по специальной технологии из природного сырья или отходов промышленности, из смеси разных материалов, причём, свойства исходных составляющих претерпевают физико-химические изменения, в результате чего получается новый материал с новыми свойствами, отличающийся от исходного сырья. Так, после смешения и уплотнения смеси щебня, песка, цемента и воды и последующего отвердевания смеси получают цементобетон.

Дорожно-строительные материалы, которые могут быть получены в районе строительства из местного природного сырья или отходов промышленности с использованием для их добычи и переработки сравнительно несложного оборудования, называют местными строительными материалами. Применение местных материалов в дорожном строительстве при рациональном конструировании сооружений снижает их стоимость, экономит материалы промышленного производства, сокращает транспортные расходы и обеспечивает строительству широкий фронт работ. К этой группе относят песок, гравий, щебень из местных каменных пород.

Без достаточных знаний о многочисленных разновидностях дорожных материалов, способах их производства и качественных показателях, методах правильного хранения и использования невозможно проектировать и строить дороги и сооружения, эксплуатировать и реконструировать их. При решении научных и производственных задач всегда стремятся к улучшению качества и снижению себестоимости дорожных материалов, а также к повышению надёжности дорожных материалов, их долговечности в дорожных одеждах и инженерных сооружениях.

ГЕНЕТИКА И СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Природными каменными материалами называются материалы и изделия, получаемые механической обработкой (дроблением, раскалыванием, распиливанием и т.п.) горных пород.

Природные каменные материалы получают из скальных и обломочных горных пород.

Скальные горные породыс жесткими структурными связями, обладают достаточно высокой прочностью и залегают в земной коре в виде массивов или трещиноватых слоев.

Обломочные горные породы – рыхлые (сыпучие), состоят из обломков скальных пород без прочных связей между ними и залегают в виде скоплений.

Благодаря повсеместной распространенности в природе разнообразным физико-механическим свойствам, природные каменные материалы широко применяют для дорожно-строительных целей.

Высокая стойкость природных каменных материалов делает их незаменимыми для гидротехнических сооружений, дорожного и мостового строительства и во многих других случаях, когда необходимо обеспечить высокую долговечность сооружения. Римские дороги, построенные в третьем веке до н.э. из валуна, бута, частично сохранились и до наших дней.

Также природные каменные материалы играют роль сырья. Огромное количество песка, гравия и щебня используется для приготовления бетонов и асфальтобетонов как заполнителя.

Знакомство с природными каменными материалами целесообразно начинать с изучения свойств основных горных пород и минералов.

Горная порода – это природный минеральный агрегат, состоящий из одного минерала (мономинеральная порода) или из нескольких минералов (полиминеральная порода)

Минерал(от лат. minera – руда) - это физически и химически однородное вещество, образовавшееся вследствие сложных физико-механических процессов на поверхности и в глубинах земли.

В природе найдено более 3 тыс. минералов, но лишь немногие из них образуют крупные скопления; такие минералы называют породообразующими.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Для того, чтобы легче разобраться в многообразии горных пород и выявить причины в различии их свойств, целесообразно воспользоваться классификацией горных пород, в основу которой положено их происхождение (генезис). Принципы такой классификации были предложены еще М.В. Ломоносовым, а в современном виде она была доработана российскими учёными Ф.Р. Левинсоном-Лессингом, А.П. Карпинским и др.

Генетическая классификация горных пород учитывает условия их образования, которые предопределяют строение и, следовательно, свойства пород. Природные каменные материалы по происхождению подразделяются на три группы.

Магматические, образовавшиеся при кристаллизации природного силикатного расплава – магмы (первичные породы, образующиеся при остывании магмы).

Глубинные (интрузивные) породы характеризуются крупнокристаллической структурой, отсутствием пор, высокой прочностью, твёрдостью и морозостойкостью. В полированном виде глубинные породы очень декоративны. К ним относятся: граниты, сиениты, габбро и диориты.

Излившиеся (эффузивные) породы под давлением прорывались на поверхность или близко к поверхности → структура мелкокристаллическая с отдельными крупными кристаллами.

По химическому составу магматические породы характеризуются содержанием главным образом кремния, магния, кальция и натрия.

Характерной особенностью химического состава изверженных пород является содержание в них кремнезёма в свободном или в связном состоянии.

По содержанию кремнезёма магматические породы делятся на:

- кислые (группа гранитов )содержание кремнезёма доходит до 65-75%

- средние (группа сиенита и диорита) – 52-65%

-основные (группа габбро) – от 40до 52%

Осадочные, образовавшиеся в поверхностных условиях, из продуктов разрушения других пород (вторичные породы, образовавшиеся в результате выветривания и разрушения магматических пород)

Осадочные породы химического происхождения (хемогенные) образовались в результате выпадения из водных растворов минеральных веществ с последующим их уплотнением и цементацией. Наиболее распространенными являются гипс (СаS04∙2H₂O), известняк (СаСО₃), доломиты, магнезиты и известняковые туфы. Для осадочных пород химического происхождения характерна растворимость в воде и, в связи с этим, наличие пустот и трещин.

Механические отложения – грубые продукты механического разрушения изверженных и других горных пород под действием резкой смены температуры, воздействия воды и ветра (пески, гравий и др.) они представляют собой рыхлую смесь, состоящую из отдельных зерён разрушившейся первичной горной породы. В ряде случаев рыхлые смеси подверглись цементации различными природными веществами, образовав при этом сплошные горные породы (песчаники, конгломераты, брекчии).

Органогенные породы образовались в результате отложения остатков живых и растительных организмов, скелеты и панцири, которых содержали минеральные вещества. Такие отложения, как правило, подвергались уплотнению и цементации (известняки, мел и др.).

Метаморфические, образовавшиеся из магматических или осадочных пород при изменении условий (давления, высоких температуры в земной коре). К наиболее часто встречающихся в недрах земной коры относят гнейсы, кварциты и мрамор.