Рыхлые горные породы. Песок

3.1 Общая характеристика рыхлых пород
К этой группе горных пород обыкновенно относят песок и гравий, глину, растительную землю и всевозможные природные смеси этих веществ, образующие то, что мы называем почвой.

Все они представляют собой продукты разрушения каменных пород, иногда с примесью органических остатков и состоят из отдельных частиц, между собою вовсе не связанных, или связанных очень слабо.

Строителю приходится иметь с ними дело:

- В качестве грунтов, на которых возводится сооружение - в этом случае важно знать сопротивление грунта давлению, его степень сжимаемости, степень проницаемости водою и происходящие в нем от подобных причин изменения;

- В качестве материала для устройства насыпей и выемок, при чем кроме перечисленных свойств важно знать величину угла естественного откоса данного грунта;

- В качестве веществ, употребляемых как составные части при изготовлении искусственных материалов - кирпича, бетона, растворов и пр.

К гравийно-песчаным и песчаным относят рыхлые или слабо сцементированные горные породы, состоящие из окатанных в различной степени обломков горных пород и зерен минералов. Эти породы используют в качестве сырья для производства песка, гравия и щебня из гравия для строительных работ.

К песку относят обломки пород и зерна минералов размерами свыше 0,05 до 5 мм, к гравию — свыше 5 до 70 мм, к валунам — свыше 70 мм. Частицы размером до 0,05 мм считают пылевидными и глинистыми. Поддержанию песка, гравия и валунов выделяют (табл. 3.1) следующие типы пород.

Таблица 3.1

Типы рыхлых пород

Песчаные, песчано-гравийные и песчано-гравийно-валунные породы оценивают следующими общими показателями: содержанием песка, гравия и валунов; петрографической характеристикой, включающей наименование породы в соответствии с табл. 1.14, генетическую принадлежность, данные о наличии или отсутствии прослоев глинистых и других засоряющих пород, радиационно-гигие-ническую оценку. Кроме этих основных показателей, для оценки гравийно-песчаных и песчаных пород применяют дополнительные (объемную насыпную массу, коэффициент разрыхления, естественную влажность), а также технологические показатели (выход щебня при дроблении гравия, промывистость, обогатимость песка и др.).
3.2. Песок, его характеристика, свойства и применение
Песок представляет смесь зерен распавшейся от выветривания горной породы; так, например, при выветривании гранита образуется первоначально песок, содержащий зерна кварца, листочки слюды, глинистые частицы (получившиеся при распадении полевых шпатов), а также и не успевшие разрушиться гранитные зерна, состоящие из нескольких минералов.

Вода, перенося песок с возвышенностей на низменные места, округляет все эти зерна трением друг о друга и отмывает их, унося с собой наиболее мелкие частицы - глину. Таким образом, там, где скорость течения воды сразу замедляется, образуются отложения зерен, более или менее отсортированных водою по их величине и удельному весу, а, следовательно, и более разнородных.

Камень, искусственно разбитый на мелкие куски, называется щебнем. [7]

По конфигурации (форме песчинок) и по местонахождению различают: пески делятся:

- Горный песок - находимый на месте своего первоначального образования и не обработанный текущей водою, вследствие чего песчинки с шероховатой поверхностью, неровны по величине, остро ребристые, с угловатыми зернами и между ними попадаются более крупные, не распавшиеся куски коренной породы (дресва);

- Грунтовый, погребной или овражный песок отличается от предыдущего только тем, что его отложения бывают, покрыты позднейшими наносными слоями и поэтому в нем иногда содержатся землистые примеси. Оба эти песка ценятся за угловатую форму зерен, обусловливающую хорошее сцепление их в строительных растворах, но часто встречающиеся в таких, недостаточно промытых водою, песках примеси глины и, в особенности, растительной земли весьма понижают их достоинство.

- Речной песок, наоборот, обыкновенно довольно чист (если не содержит ила или случайных примесей, кусочков древесной коры, гнилушек), но зерна его округленные.

- Морской песок также с округленными зернами, обычно мельче речного и, кроме того, содержит соли, входящие в состав морской воды.

- Ещё песок может быть, озёрными, флювиогляциальными и эоловыми.

По минералогическому составу чаще всего встречаются пески (горная порода) кварцевые, глауконито-кварцевые, полевошпатово-кварцевые (см. Аркозы), слюдистые и другие..

Кварцевый песок - считается лучшим SiO2.

Один из самых распространенных породообразующих минералов.

По структуре - каркасный силикат.

Кристаллические модификации: гексагональная (устойчив выше 573°C) и тригональная (устойчив ниже 573 °С) модификации.

Часты двойники, образует зерна, зернистые кристаллы, агрегаты и сплошные массы.

Цвет разнообразный:

бесцветный кварц - горный хрусталь, фиолетовый кварц - аметист, дымчатый кварц - раухтопаз, черный кварц - морион, золотистый кварц - цитрин.

Твердость 7; плотность 2,65 г/см3. Пьезоэлектрик.

Кварцевые пески и кварциты используются в керамической и стекольной промышленности; монокристаллы кварца - в оптическом приборостроении и как пьезоэлектрический материал; окрашенные разновидности кварца - в ювелирном деле.

Полевые шпаты, группа самых распространенных породообразующих минералов подкласса каркасных силикатов; около 50% массы земной коры. Изоморфные смеси алюмосиликатов K, Na, Ca, Ba.

Цвет песков - белый, розовый, серый и другие.

Твердость 6-6,5; плотность 2,6-2,8 г/см3.

Различают полевые шпаты: кальциево-натриевые - плагиоклазы; щелочные (калиево-натриевые) - ортоклаз, микроклин, санидин; калиево-бариевые и др.

Применяются в керамической, фарфоровой, стеклянной, цементной промышленности; как поделочные камни.

Алеврит (от греческого слова aleuron - мука), рыхлая осадочная горная порода, по составу промежуточная между песчаными и глинистыми породами, размер основной массы зерен 0,01-0,1мм; сцементированный алеврит называется алевролитом.

Свойства песка (горная порода)

Теоретически лучшим свойствами для растворов обладает чистый кварцевый песок

Вообще же хороший песок для приготовления растворов, бетона и т. п. должен иметь:

- по возможности не слишком отшлифованные зерна;

- удельный вес - по возможности близкий к норме;

- при растирании в сухом виде на белой бумаге не должен ее пачкать;

- при взбалтывании с водою должен быстро садиться на дно и не оставлять воду надолго мутной;

- прокаленный кварцевый песок не должен заметно растворяться в горячей соляной кислоте.

Крупность зёрен определяют последовательным просеиванием определённого количества песка через сита с разной крупностью ячеек. Обычно берут сита с ячейками 1,2 и 0,3 миллиметра. Пропускают 2кг песка. Если на первом сите осталось больше 1кг песка - то он считается крупным.

Если через сито с ячейками 0,5 миллиметра пройдёт свыше 1кг песка, то песок считается мелким. [8]

Наличие примесей в песке.

В горном песке всегда присутствуют примеси глины, в то время как в овражном - верхний слой загрязнён, а нижний, где песок промыт грунтовыми водами, - чистый. Морской песок содержит соли и органические остатки. Речной песок - наиболее чистый.

Для оценки количества органических примесей взбалтывают песок с приблизительно равным по объему количеством 3% раствора едкого натра и оставляют стоять сутки: если жидкость останется бесцветной или примет слегка желтоватую окраску - песок удовлетворителен; если же цвет жидкости будет темно-бурый, то песок непригоден ни для растворов, ни для бетонов.

Для определения пустот берут большую стеклянную мензурку (вместимость 1,5 литра), наливают туда 0,4 литра. Затем тонкой струйкой всыпают строго отмеренный 1 литр песка.

Предположим, что уровень воды в мензурке поднялся до отметки 1,1 литр. Но мы брали 0,4 литра воды и 1 литр песка, а получили в сумме не 1,4 литра, а на 0,3 литра меньше. Эта цифра и показывает объём пустот в песке между зёрнами, который заняла вода.

Как песок, так и гравий несжимаемы и поэтому считаются надежным грунтом при устройстве основания.

Но если слой песка, притом мелкого, находится в области грунтовых вод, то при движении последних, например, в стенках рва в подобном грунте, он легко вымывается (так называемый плывун), против чего при постройках следует принимать необходимые меры.

Давление.

Будучи помещен в вертикальный сосуд и нагружен чем-либо сверху, песок передает это давление почти целиком на стенки сосуда и лишь в малой степени на дно последнего. На этом свойстве песка основано применение песка для устройства песчаных свай, для забойки шпуров и т. п.

Песок - фильтр.

Вода просачивается через песок свободно, как бы ни был толст его слой; этим свойством пользуются при устройстве песчаных (английских) фильтров для очистки питьевой воды. По этой же причине песчаные местности всегда сухи.

“Плывучесть”

Наконец, еще одна особенность песка: рассыпаясь свободно, например, при осыпании какой-либо выветривающейся скалы, или стены выемки, сделанной в сыром песке, песок образует кучу, поверхность которой составляет с горизонтом довольно постоянный угол естественного откоса, обыкновенно около 45°.

Эта величина имеет значение, однако, только для слегка влажного песка; совершенно же сухой песок при лабораторных условиях образует гораздо меньший угол естественного откоса -- около 30°.

Для плывуна, т. е. мелкого песка, совершенно пропитанного водою, угла естественного откоса не существует, так как такой песок совершенно расплывается.

Все описанные свойства, характерные для чистого песка, теряются более или менее, когда песок содержит примеси глины и растительного перегноя.

При постройке и ремонте шоссейных дорог заготовляемый песок, гравий и щебень удобнее располагать вдоль дороги в виде конических куч, легко обмеряемых, благодаря указанному выше постоянству угла естественного откоса.

Примеси, встречающиеся в песке, могут быть удалены:

Крупные механические примеси - камни, щепки и т. п. - удаляются просеиванием. Для просеивания (грохотания) обыкновенно служит грохот. Это сколоченный из четырех досок бездонный ящик, длиной около 1,25м, шириной около 1м, по углам скрепленный обручным железом; вместо дна к стенкам приколочена проволочная сетка с ячейками потребной крупности, а чтобы она от тяжести песка не провисала, под ней натянуты накрест две полосы обручного железа. Грохот ставят наклонно, подпирая его чем-либо, и рабочий набрасывает песок лопатой на поднятый конец сетки; чем круче стоит грохот, тем мельче будут зерна, пропускаемые сеткой.

Мелкие примеси - глина и т. п. - удаляются промыванием водою. Промывку песка можно производить, устроив лоток с текущей водой и перебрасывая песок лопатой, или перегребая его граблями навстречу течению воды.

Прокаливание песка, как мера для уничтожения органических веществ, применяется чрезвычайно редко.
Заключение
Горная порода, или как чаще говорят, порода, представляет собой сочетание (агрегат) минералов естественного (природного) происхождения. Обычно породы слагают более или менее значительные площади. Песок и суглинок тоже причисляют к горным (точнее - рыхлым осадочным) породам. Наука, изучающая горные породы, носит название петрографии.

Свойства горных пород. обусловлены их минеральным составом и строением, а также внешними условиями. Важными параметрами, определяющими свойства, являются её пористость и трещиноватость. С пористостью и минеральным составом тесно связана плотность горных пород., которая в породах, лишённых пористости, определяется слагающими их минералами. Такие свойства, как теплоёмкость, коэффициент объёмного теплового расширения и др. определяются в первую очередь минеральным составом, прочностные же и упругие свойства горных пород, их теплопроводность и электропроводность зависят главным образом от строения пород и особенно сил связей между зёрнами. Так, наличие преимущественной ориентировки зёрен приводит к анизотропии свойств. В создании анизотропии свойств может участвовать также ориентированная трещиноватость.

Свойства горных пород зависят также от воздействия механического. (давление), теплового (температура), электрического, магнитного, радиационного (напряжённости) и вещественного (насыщенность жидкостями, газами и т. д.) полей.

Как объект горных разработок горные породы характеризуются различными технологическими свойствами — крепостью, абразивностью, твёрдостью, буримостью, взрываемостью и т. д. Крепость оценивает сопротивляемость пород механическому разрушению, абразивность — способность пород истирать режущие кромки рабочих механизмов и т. д. С целью выбора рациональных методов и механизмов разрушения применяются различные классификации горные породы. по технологическим свойствам (например, в практике горного дела широко применяется классификация по крепости.

Песок — рыхлая, сыпучая смесь, состоящая из обломков минералов: кварца, полевых шпатов, с примесью слюды. Получается как отсев при производстве щебня. Размеры зерен в песке колеблются от 0,1 до 5 мм. Песок применяется при строительстве в качестве добавок (заполнителей).

Песок бывает речной, карьерный мытый, карьерный горный, строительный песок.

Песок используют в медицине при лечении артритов и других заболеваний, применяют в талассотерапии (морской песок), песком решают проблему гололеда на дорогах в зимний период. Речные пески применяется для таких строительных работ как кладка, стяжка, (реже - штукатурка) наполнитель для затирок и красителей. В отдельных случаях его используют при производстве ЖБИ - изделий. В частности тротуарной плитки. Такие инженерные сооружения, как септики и дренажи, также нуждаются в применение песка. Используется как наполнитель для устройства самых эффективных на сегодняшний день напольных полиуретановых, эпоксидных покрытий, производства декоративных штукатурок, ландшафтного дизайна. Широко используется для бетонного производства, в жилищном и дорожном строительстве. Для бетонного производства песок применяют в качестве мелкого заполнителя. Для приготовления растворов используется песок с модулем крупности менее 1,5, для приготовления бетона - крупные или средние пески не ниже модуля 2.Для легкого бетона используют пески из керамзита (керамзит), шунгизита, пемзы, аглопорита и др