Обломочный минерал

(от лат. detritus - истёртый) т

Неметаллические полезные ископаемые.

Автор: Н.И.Ерёмин.
Двухсотпятидесятилетию Московского Государственного Университета им. М.В.Ломоносова посвящается.
Издательство Московского Университета 2004 г.
Издание второе, исправленное и дополненное.

19.1. Обломочные породы.

Классификации обломочных пород по размерам зерен, принятые геологами различных стран и в строительной практике, существенно различаются. Так, согласно наиболее распространенной в нашей стране классификации, к пескам относят породы с размерами зерен 0,1-1 мм, гравию 1-10 мм, гальке 10-100 мм, глыбам 100-10000 мм; дальнейшее подразделение каждой из них на мелкую, среднюю и крупную разновидности. В других отечественных классификациях к пескам относят фракцию от 0,05 до 2 мм, а к гравию - от 2 до 10 мм. В американской классификации песок определяется как сыпучая горная порода с диаметром обломков 0,063-2 мм, гравий 2-4 мм, галька 4-64 мм.

При оценке, разведке и разработке месторождений обломочных пород как строительного сырья к пескам относят фракцию 0,05-5 мм, к гравию 5-70 мм и к валунам - более 70 мм. Остроугольные неокатанные обломки горных пород, образующиеся либо при их выветривании, либо путем их дробления, с размерами от 3-5 до 70-150 мм в строительном деле относят к щебню или щебенке.

Обломочные породы представлены минеральными зернами или обломками горных пород, а также более тонкой фракцией заполняющего материала: пелитовой и алевритовой - в песках, пелитовой, алевритовой, песчаной - в гравии и т.д. По степени сортировки обломков эти породы разделяются на равно- и разнозернистые, а по составу - на мономинеральные, олигомиктовые (обломочный материал представлен двумя-тремя минералами) и полимиктовые, сложенные обломками различных горных пород и минералов.

Наиболее распространенные минералы: кварц, полевые шпаты, слюды и гидрослюды, карбонаты, глауконит, хлорит и многочисленные глинистые минералы; иногда в составе пород отмечается заметное количество магнетита, ильменита, титаномагнетита, а также примеси рутила, ильменита, циркона, граната и других промышленно ценных минералов.

В природе часто встречаются смеси грубо- и мелкообломочных пород, называемые по преобладанию соответствующей фракции песчаными, гравийно-песчаными и валунно - гравийно - песчаными образованиями. При их разработке производится разделение горной массы на песчаную (пески - отсевы), гравийную и валунную составляющие, причем гравий сортируется на стандартные фракции 5-10, 10-20, 20-40 и 40-70 мм; валуны измельчаются на щебень таких же фракций и дробленый песок или используются как строительный (бутовый или стеновой) камень.

В общем объеме добычи стройматериалов более 3/4 приходится на пески, гравий и песчано - гравийные смеси. В начале 80-х гг. минувшего столетия их добыча в бывшем Советском Союзе превышала 700 млн м3/год. Добыча ведется открытым способом с помощью экскаваторов и средств гидромеханизации. Получают развитие морская добыча и скважинная гидродобыча.

Большая часть переработанных обломочных пород (классифицированные по крупности пески, гравий и щебень, а также песчано - гравийная смесь) с объемной массой более 1,8 г/см3 используется главным образом как заполнители бетонов и как балласт в дорожном строительстве.

Бетон является искусственным монолитным материалом, полученным в результате затвердевания смеси вяжущего вещества - цемента с водой, песком (мелким заполнителем), щебнем или гравием (крупным заполнителем), взятыми в определенных соотношениях. В строительстве наиболее широко применяется обычный тяжелый бетон с плотностью 2100-2500 кг/м3. Крупный заполнитель (щебень, гравий), образуя жесткий каркас бетона, увеличивает его прочность, уменьшает ползучесть и усадку, повышает его долговечность и сокращает расход цемента. Мелкий заполнитель определяет вязкость и другие реологические свойства бетонной смеси, изменяет ее водопотребность.

Качество заполнителей бетона определяется в основном составом и формой зерен. Оптимальными являются пески с преобладанием кварцевых зерен и гравий, состоящий из обломков кварца, изверженных и прочных осадочных пород. Желательно, чтобы зерна имели угловатую изометричную форму. Прочность бетона снижают аморфные модификации кремнезема, сульфиды, сульфаты, органические соединения и чешуйчатые минералы; поэтому их присутствие среди заполнителей недопустимо.

Особенность использования обломочных материалов при сооружении автомобильных дорог состоит в разнообразии требований к их качеству, обусловленных категорийностью дорог (5 категорий) и связанной с ней конструкцией дорожной одежды. Прочность щебня (гравия) и его морозостойкость должны соответствовать требованиям, предъявляемым к прочности и долговечности дорожной одежды. Необходимо выдерживать зерновой состав щебня (гравия) и песка, обеспечивающий необходимую плотность покрытий и фильтрационные свойства. Для оценки щебня, применяемого в асфальтово - бетонных смесях, важно его сцепление с битумом. Учитывая громадное количество этого сырья, требуемое при дорожном строительстве, оно должно относиться к местным материалам.

При строительстве железных дорог обломочные материалы используются для создания балластного слоя; применяется песчано-гравийная смесь, либо смесь гравия со щебнем, полученным при дроблении гравия, валунов и скальных пород. В этом случае существенны прочностные свойства пород, морозостойкость, истираемость и гранулометрический состав, обеспечивающий необходимую фильтрацию балластного слоя. Мелко- и тонкозернистые пески для балласта непригодны. Предпочтение отдается пескам и гравию с угловатой формой и шероховатой поверхностью зерен.

Помимо строительства пески находят применение и в других областях: при производстве силикатного кирпича, как формовочный материал в металлургии, как абразивный материал, как фильтровальный материал при очистке воды, в стекольном, керамическом, цементном производстве и в других областях. Каждая из них предъявляет свои специфические требования к качеству сырья. Так, для формовочных песков важны высокая газопроницаемость и огнеупорность; поэтому в них ограничена массовая доля глинистой фракции (до 1%), содержание кремнезема должно быть не менее 97-98,4% (то есть это мономинеральные кварцевые пески), содержание щелочей - 0,4-1%; для них существенны также степень окатанности песчинок и их гранулометрический состав. Фильтровальные пески должны быть мелко- и равномернозернистыми с полным отсутствием глинистых частиц и органических примесей.

Генетически залежи песков, гравийно-песчаных и валунно-гравийно-песчаных смесей, используемых в строительстве, достаточно разнообразны. Это всевозможные аллювиальные, ледниковые, морские, озерные, реже элювиальные, делювиальные, пролювиальные и эоловые (пески), обычно четвертичные образования.

Аллювиальные месторождения, образование которых связано с горными реками, характеризуются преобладанием обломков крупных размеров. Гранулометрический и петрографический состав пород в месторождениях равнинных рек более однородный. Месторождениям этого типа свойственны пластообразная вытянутая форма залежей, наличие в составе последних глинистых песков и суглинков. Мощность залежей редко превышает 10-20 м, а мощность вскрышных пород, представленных песками, супесями, суглинками и глинами, обычно колеблется от 0,5 до 2,5 м (Румянцевское месторождение и другие в Московской области).

Среди ледниковых месторождений выделяют водно-ледниковые (флювиогляциальные) и собственно ледниковые. Первые представлены длинными в сотни метров - километры невысокими (20-30 м) грядами шириной 20-200 м (озы) либо группами холмов (камы), сложенными непостоянным по гранулометрическому составу обломочным материалом, образующим линзы в толще песка, супеси и суглинка (Коломенское, Сычевское и другие месторождения в Московской области) и зандровые поля - песчаные с примесью гравия шлейфы за конечными моренами (месторождения Полесья и др.). Собственно ледниковые месторождения представлены холмообразными формами или грядами высотой до 100 м в районах конечных морен, сложенных несортированным песчано-гравийно-валунным материалом (Вяземское, Оршанское, Дровнинское месторождения и др.). Гранулометрический и петрографический состав ледниковых отложений весьма различен, В продуктивной толще мощностью в метры - десятки метров обычны линзы глин, суглинков, супесей, безгравийных песков.

Для морских и озерных песчано-гравийных месторождений свойственны большая протяженность залежей при незначительных ширине и мощности (до 10-15 м), резкая граница с подстилающими отложениями, хорошая окатанность и сортировка обломков, незначительная доля глинистых фракций. Древние месторождения развиты на древних террасах морей и озер. Современные месторождения находятся в прибрежной зоне морей; в их составе фиксируется органический материал (месторождения Черного, Азовского и Каспийского морей в странах СНГ; подводные месторождения США, Японии, Великобритании и других стран).