Дорожные каменные материалы
Основные требования, которым должны удовлетворять дорожные материалы – износостойкость, ударопрочность, атмосферо- и морозостойкость.
Бортовые камни, служащие для отделения проезжей части от тротуаров, изготавливают главным образом из гранита и сиенита. Они представляют собой прямоугольные параллелепипеды длиной 1000 –2000 мм, высотой 300 – 400 мм и шириной 100 – 200 мм.
Брусчатка – колотые или тесаные камни из изверженных или плотных осадочных пород, имеющие форму параллелепипеда. Применяют ее для мощения городских улиц, площадей, заполнения трамвайных путей.
Жаростойкие и химически стойкие материалы и изделия
Для облицовки конструкций и аппаратов, работающих при высоких температурах, применяют изделия из базальта, диабаза, туфа и хромита. Для защиты от действия кислот используют гранит, сиенит, базальт, кварцит, а от воздействия щелочей – карбонатные породы: плотные известняки, магнезиты, доломиты, мрамор.
Обязательное требование к породам, применяемым для защиты от агрессивных жидкостей – высокая плотность, т.е. минимальные водопоглощение и водопроницаемость. Средняя плотность осадочных горных пород, используемых для этих целей, должна быть не ниже 2300 кг/м3 при водопоглощении менее 2%, а изверженных – 2400 кг/м3 и 1% соответственно. Коэффициент размягчения для всех видов пород должен быть не менее 0,8.
2.4. Технология получения строительных материалов из горных пород
Все каменные материалы, используемые в строительстве, можно разделить на две основные группы: применяемые в первоначальном виде и пригодные для строительных целей лишь после соответствующей обработки. В некоторых случаях один и тот же материал можно применять в первоначальном виде, а также после одной или нескольких стадий обработки. Так, песок можно использовать непосредственно из карьера или после промывки, природный гравий – в первоначальном виде или после измельчения и сортировки для получения зерен определенных фракций.
Комплекс работ по добыче каменных материалов называется горными работами. Разрабатываемые месторождения носят название карьеров. Различают карьеры коренных месторождений, в которых разрабатывают сплошные массивы горных пород (граниты, известняки и т.д.), и карьеры рыхлых горных пород (песок, гравий, глины, валунный камень).
Последовательность операций при разработке карьеров следующая:
планировка местности с обязательным отводом атмосферных осадков и грунтовых вод;
вскрышные работы – удаление пустой породы;
разработка и удаление на специальные площадки выветрившихся в верхнем слое пород;
отделение монолитов от массива и передача их к месту дополнительной обработки;
разделка монолитов на глыбы нужных размеров или переработка в определенный вид продукции;
сортировка готовой продукции;
транспортировка готовой продукции к местам отгрузки.
Вскрышные работы производят бульдозерами и экскаваторами большой мощности. Там, где горные породы имеют значительную трещиноватость, возможно применение экскаваторов. Массивные горные породы можно разрабатывать несколькими методами в зависимости от вида получаемых материалов и твердости породы.
В камнеобрабатывающей промышленности принята следующая классификация горных пород:
твердые породы – породы, в состав которых входят материалы с твердостью 6 – 7 (кварцит, гранит, габбро, лабрадорит);
средние породы имеют твердость не выше 5. К ним относят мрамор, плотные известняки, доломиты и т.д.;
мягкие породы – сравнительно небольшая группа горных пород с твердостью 2 – 3 (гипс, известняк ракушечник, ангидрит и т.д.).
Средние и мягкие породы добывают в карьерах с помощью камнерезных машин, снабженных твердосплавными дисковыми или цепными пилами (рис.5).
В ряде случаев для вырезки блоков из пород средней твердости применяют дисковые и цепные пилы, снабженные алмазными режущими насадками.
При разработке твердых пород обычно сначала отделяют от породы крупный монолит, который потом разделяют на блоки. Это может быть осуществлено несколькими методами:
буро-клиновой способ заключается в том, что отделяемый объем камня обуривается по контуру и в полученные шпуры вводят гидравлические или механические клинья, раскалывающие породу по требуемой плоскости;
буро-взрывной способ состоит в том, что в полученные при обуривании шпуры вводится детонирующий шнур;
ударно-врубовой способ заключается в образовании сплошной щели в горной породе ударными врубовыми машинами.
Для пород средней твердости (например, мрамора) отделение блоков производят машинами с канатными пилами.
Рис.5. Камнерезная машина А.М. Столярова:
а – общий вид: 1 – пилы для горизонтальной резки; 2 – пилы для вертикальной резки; б – схема выпиливания камней в карьере; стрелками показано перемещение пил.
Добытые в карьере блоки перевозят на камнеобрабатывающие заводы, где производят их распиловку на плиты или изготовление фасонных частей с помощью рамных пил с гладкими полотнами, под которые подсыпается абразивный материал. В последнее время стали широко применять алмазы.
Кроме резания для получения облицовочных плит применяют метод раскалывания на специальных станках.
При добыче рыхлых нерудных материалов и проведении вскрышных работ можно использовать гидромеханизированный способ. Он обеспечивает комплексное и непрерывное выполнение операций по разработке и транспортированию материалов. Сущность гидромеханизированного способа заключается в том, что разрабатываемая порода отделяется от массива, рыхлится и транспортируется динамическим действием воды, подаваемой к забою гидромониторами со скоростью 90 м/с под напором до 1,1 МПа. Возможны два варианта размещения гидромониторов в забое – встречный и попутный. Первый вариант более производительный.
Одним из вариантов гидромеханизации является разработка обводненных месторождений плавающими снарядами (землесосными, грейферными, черпаковыми). Применяют их в тех случаях, когда использование сухих способов добычи невозможно.
Основная масса горных пород используется для получения щебня. Горные породы подвергаются дроблению, полученная масса рассеивается на фракции 5 – 10; 10 – 20; 20 – 40; 40 – 70 мм и используется для изготовления оснований автомобильных дорог и в качестве полуфабриката для изготовления цементобетонных и железобетонных изделий (рис. 6).
Рис. 6. Схема двухступенчатого дробления:
1 – щековая дробилка; 2 – конвейер; 3 – грохот; 4 – бункер; 5 – автосамосвал; 6 – валковая дробилка.
Для дробления горных пород используют: щековые дробилки со степенью измельчения 5 – 6; конусные дробилки со степенью измельчения 5 – 10; дробилки ударного действия (молотковые и роторные) со степенью измельчения 10 – 20; ударно- отражательные дробилки со степенью измельчения 40 -–50; валковые дробилки для получения щебня мелких фракций.
Отходы от переработки декоративных горных пород также широко используют в строительстве. Мелкие фракции 5 – 20 мм дробленых отходов декоративных пород используют для создания отделочного слоя на бетонных стеновых панелях. Дробленые мраморные отходы применяют для изготовления монолитного бетона и мозаичных плит, для полов, лестниц и т.д.
После дробления и грохочения в щебне и песке остаются загрязняющие примеси – глина, пыль, ил и др., которые ухудшают качество заполнителей для бетона.
Для получения высококачественной продукции материалы подвергают промывке. Промывка осуществляется с помощью оборудования трех видов:
машин, в которых материал механически перемешивается в водной среде, в результате чего глина переходит в водную суспензию;
аппаратов и устройств, в которых разрушение глины происходит высоконапорной струей воды;
аппаратов и машин, в которых диспергация глины осуществляется за счет ультразвука.
Наибольшее распространение для промывки строительных материалов получили барабанные промывочные машины, наклонные лопастные двухвальные корытные мойки и вибрационные промывочные машины.