Материалы для изготовления мостовых кранов

Применяемые для изготовления кранов материалы делятся на две группы: для деталей механизмов и для металлоконструкций. Наряду с углеродистыми сталями все большее распространение в краностроении получают легированные и низколегированные стали, легкие сплавы и полимеры. Целесообразность их применения, кроме технических соображений, должна подтверждаться и экономическими расчетами.

Основным материалом для изготовления частей подъемного крана — моста, тележки, крюка, канатов, колес и валов — является сталь. Сталь — это ковкий сплав железа с углеродом (0,04—2 %) и другими элементами. Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец (0,1—1 %), кремний (до 0,4 %), а также вредные примеси — серу (не более 0,08 %) и фосфор (не выше 0,09 %). Важное значение в технике имеет также легированная сталь, в состав которой помимо указанных компонентов входят легирующие элементы: хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, марганец и др.

Количество углерода в углеродистой стали определяет ее свойства: чем больше содержание углерода, тем выше ее прочность и твердость, чем меньше углерода, тем мягче сталь. Фосфор и сера ухудшают качество стали, эти примеси попадают из руды в чугун, а при выплавке стали из чугуна они переходят в сталь. Фосфор вызывает «хладноломкость» или хрупкость стали при низких температурах, а сера — «красноломкость» или появление трещин при нагреве металла. В связи с этим принимают меры, чтобы содержание фосфора и серы в обыкновенной стали не превышало 0,05 %. Температура плавления стали составляет 1400—1500 °С в зависимости от примесей.

Для повышения качества стали подвергают термической обработке: закалке, отпуску, отжигу и нормализации. Чтобы закалить сталь, ее нагревают до определенной температуры, некоторое время выдерживают при этой температуре, а затем быстро охлаждают в воде или масле. После закалки твердость и прочность металла возрастают, износостойкость трущихся поверхностей увеличивается,’ но пластичность и вязкость понижаются. Закалку каждого сорта стали производят при определенной температуре, но не ниже 800 °С. Сталь, содержащая меньше 0,25 % углерода, закалке не поддается.

После закалки детали подвергают отпуску — нагревают до определенной, но более низкой, чем при закалке, температуры и после выдержки охлаждают. Отпуск снимает в стали напряжения после закалки, снижает хрупкость, но приводит к некоторому снижению твердости.

Отжигом называется нагрев стали до температуры закалки с последующим замедленным охлаждением. Отжиг понижает твердость стали. Отожженная сталь хорошо штампуется в холодном состоянии.

Нормализация — разновидность отжига, когда детали охлаждаются на воздухе.

Особым видом термической обработки стали является цементация, позволяющая получить изделие с мягкой сердцевиной и твердым поверхностным слоем. Твердая поверхность хорошо сопротивляется износу, а вязкая сердцевина имеет большую пластичность, что особенно важно, когда деталь во время работы подвергается толчкам и ударам. Цементировать можно только изделия из мягкой стали, содержащей не более 0,2—0,25 % углерода. Процесс цементации происходит при температуре 900— 950 °С. Поверхностный слой изделия насыщается углеродом, который медленно проникает в него из окружающих изделие материалов с богатым содержанием углерода. После цементации изделия подвергают закалке и отпуску.

В зависимости от назначения стали делятся на конструкционные, инструментальные, жаростойкие, кислотоупорные и др. Конструкционные стали, применяемые для изготовления машин и сооружений, подразделяют на углеродистые обыкновенного качества, углеродистые качественные и легированные стали, а инструментальные стали — на углеродистые, легированные и быстрорежущие.

В обозначениях марок стали буквы указывают способ получения стали, например: М — мартеновская, Б — бессемеровская. Цифры означают среднее содержание углерода, например: сталь 20 содержит 0,2 % углерода, сталь 45 — 0,45 % углерода. Обозначение марок легированных сталей производится по буквенно-цифровой системе. Первые две цифры показывают содержание углерода, а следующие за ними буквы обозначают легирующие элементы: X — хром, Н — никель, М — молибден, Ф — ванадий, К — кобальт, В — вольфрам, Ю — алюминий. Содержание легирующих элементов свыше 1 % указывается после соответствующих букв. Например, марка 12ХН2 означает, что сталь содержит 0,12 % углерода, менее 1 % хрома и около 2 % никеля.

Другой материал, применяемый в краностроении, — чугун. Чугун — это нековкий сплав железа с углеродом (более 2 % углерода, обычно 3—4,5 %), содержащий марганец (до 3 %), кремний (до 4,5 %), серу (не более 0,08 %) и фосфор (до 2,5 %).

По назначению различают передельный чугун, служащий материалом для переработки в сталь (белый чугун), и литейный (серый) чугун, предназначенный для получения фасонных отливок. Литейный чугун сравнительно мягок, легко поддается механической обработке. Из него отливают корпуса электродвигателей и редукторов, маховички контроллеров, станины станков и др.

Чугун хорошо работает на сжатие, но вследствие большой хрупкости непригоден для деталей, подвергающихся растяжению, изгибу и кручению. Температура плавления чугуна составляет 1250—1350 °С в зависимости от примесей.

Из цветных металлов и сплавов в краностроении применяют медь, латунь, олово, свинец и алюминий. Медь идет на изготовление проводов, электрических аппаратов — рубильников, магнитных пускателей и контакторов, контроллеров всех типов. Медь — розово-красный металл плотностью 8,95 г/см3, с температурой плавления 1083 °С, обладает хорошей электропроводностью (удельное сопротивление 0,018 Ом-м/мм2), хорошо обрабатывается.

Температурный коэффициент сопротивления чистой меди равен 0,004. Следовательно, при повышении температуры на один градус стоградусной шкалы сопротивление медного проводника увеличивается на 0,004 Ом на каждый ом первоначального значения сопротивления.

Медь сравнительно мягка и тягуча, что позволяет изготовлять из нее прокаткой и протяжкой разной площади сечения проволоку, в том числе очень тонкую — диаметром 0,015 мм, ленты, листы, шины. Преимуществом меди является ее хорошая стойкость против коррозии. В тех условиях, когда сталь сильно ржавеет, медь повреждается меньше. Медь значительно дороже стали, она легко спаивается и сваривается.

Механические свойства меди в большой степени зависят от ее термической обработки. После протяжки в холодном состоянии получается твердая или твердотянутая медь, обладающая сравнительно высокой механической прочностью — при растяжении около 40 кг на 1 мм2 площади поперечного сечения — и малым удлинением при разрыве — 1—2 %. При изгибе проволока из твердой меди сильно пружинит. Если же твердую медь нагреть до 330—350 °С и затем быстро охладить, то получается мягкая (отожженная) медь, которая имеет значительно более низкую прочность (около 20 кг/мм2), но при растяжении очень сильно вытягивается. При изгибе проволока из отожженной меди не пружинит и легко принимает задаваемую ей форму. При отжиге меди на 2—3 % уменьшается ее удельное электрическое сопротивление.

В тех случаях, когда необходим проводник с высокой механической прочностью — шины для распределительных устройств и голые провода для воздушных линий — применяют твердотянутую медь, а для изготовления изолированных проводов используют отожженную медную проволоку, обладающую требуемой гибкостью.

Всякого рода примеси к меди — железо, свинец и другие металлы — даже в очень малых количествах ухудшают электропроводность меди. В некоторых случаях помимо чистой меди в качестве проводников применяют сплавы меди с небольшим содержанием кадмия, бериллии, хрома, магния, олова, фосфора. Эти сплавы имеют значи тельно более высокие механические свойства. Особенно удачной оказалась присадка кадмия к меди. Из кадмиевой меди изготовляют контактные (троллейные) провода. Прочность на разрыв кадмиевой меди достигает 80-100 кг/мм2, т. е. близка к прочности углеродистой стали.

Латунь — сплав меди с цинком (до 50 %), иногда с добавкой в небольшом количестве других элементов. Из латуни делают щеткодержатели и контактные кольца электродвигателей трехфазного тока.

Олово — серебристо-белый металл с температурой плавления 232 °С. Олово в чистом виде и сплавах со свинцом применяют для пайки. На кранах кабельные наконечники, как правило, паяют сплавом ПОС-30 или ПОС-40 (припой оловянно-свинцовый). Цифры 30 и 40 указывают процент олова в сплаве.

Алюминий — металл серебристого цвета с температурой плавления 650 °С и удельным сопротивлением 0,0287 Ом-мм2/м, Т. е. в 1,6 раза большим, чем у меди. Из алюминия изготовляют провода, литые корпуса аппаратов и некоторые конструкции кранов. Известны примеры выполнения лестниц, настилов и рам тележек из алюминиевых сплавов.

Однако, несмотря на хорошую электропроводность и легкость (в 3,3 раза легче меди), алюминий совершенно непригоден для троллейных проводов. На воздухе поверхность алюминия всегда покрыта тонкой (около 0,001 мм) пленкой окиси алюминия. Эта пленка предохраняет металл от взаимодействия с кислородом воздуха и дальнейшего окисления, но имеет высокое электрическое сопротивление. Если пленку снять каким-нибудь способом, например зачистить наждачной бумагой, она мгновенно появится снова. В связи с этим скользящий контакт по алюминиевому троллею будет все время искрить.

Свинец — серебристый металл плотностью 11,3 г/см8 и с температурой плавления 327 °С. Его применяют в качестве защитной оболочки электрических кабелей, но в последнее время с успехом заменяют пластмассами.

Сплавы высокого сопротивления используют для изготовления крановых резисторов. К ним относятся кон-стантан, манганин, нихром и фехраль. Константан — сплав меди (60 %) и никеля (40 %), обладающий удельным сопротивлением около 0,5 Ом-мм2/м. Манганин — сплав меди (86 %), марганца (12 %) и никеля (2 %). Удельное сопротивление манганина почти такое же, как и у кон-стантана.

Константан допускает нагрев до 400 ‘“С, а манганин — до 270 °С. Считается допустимым нагревать крановые резисторы до 300 СС. Сплавы высокого сопротивления — нихром и фехраль — чаще применяют для изготовления резисторов. Нихром марки Х20Н80 содержит 20 % хрома и 80 % никеля и является дорогим. Он выдерживает температуру до 1000 °С и имеет удельное сопротивление 1,0—1,2 Ом-мм2/м. В состав фехраля входят (марка Х13Ю4) 12—15 % хрома, 3,5—5,5 % алюминия, остальное — железо. Это более дешевый сплав. Его рабочая температура достигает 850 °С, удельное сопротивление 1,2—1,3 Ом.мм2/м.

Материалы, идущие на изготовление резисторов, должны удовлетворять определенным требованиям, в частности обладать: высоким удельным сопротивлением; минимальной зависимостью сопротивления от температуры; высокой температурой плавления; прочностью; слабой подверженностью коррозии; легкой обрабатываемостью; низкой стоимостью.

Указанным выше сплавам свойственна значительная твердость, они трудно поддаются механической обработке, стоимость их значительна. Для изготовления резисторов эти материалы используют в виде проволоки и лент.

К сплавам с большим удельным сопротивлением можно отнести и литой чугун. Благодаря легкости отливки элементов и малой стоимости чугун находит широкое применение для изготовления резисторов. Недостатком чугунных элементов является большой температурный коэффициент. При изменении температуры от 0 до 300 °С сопротивление чугунных элементов увеличивается примерно на 30 %.

51

Допускаемые напряжения для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии.

Для углеродистых сталей

Для углеродистой и маргонцовой стали

52

Классификация горных пород

Природные каменные материалы получают из горных пород, залегаемых в верхних слоях земной коры в виде сплошных массивов и скоплений обломков разной крупности. Каменные строительные материалы получают механической обработкой горных пород путем раскалывания, распиловки, дробления, обтески, шлифовки и полировки, поэтому их свойства в основном зависят от качества исходной горной породы, ее химических, физических и механических свойств. Качество горных пород, из которых изготовляют дорожно-строительные материалы, в свою очередь, зависит от минералогического состава, структуры, текстуры и состояния свежести породы.

По геологическому происхождению (генезису) горные породы разделяются на три основные группы с подгруппами:

I.  Изверженные (магматические) —первичные:

А. Глубинные (интрузивные) —граниты, сиениты, диориты, габбро и др.

Б. Излившиеся (эффузивные)—диабазы, порфиры, базальты, туфовые лавы и др.

II. Осадочные — вторичные:

А. Механические, обломочные отложения: 1)рыхлые — валуны, щебень, гравий, песок; 2) сцементированные — песчаники, конгломераты, брекчии.

Б. Органогенные и химические образования —различные известняки, доломиты, магнезиты, гипс, ангидрит.

III.  Метаморфические   (видоизмененные)—гнейс,   мраморы, кварциты.

По химическим исследованиям состава горных пород верхних слоев земной коры выявлено преобладание в них кремнезема SiO2— 59,12% и глинозема Аl2О3— 15,34%, дальше следует окись кальция СаО — 5,08%, окись натрия N2O — 3,84, окись железа FeO —3,80; окись магния Mg —3,49; К2О — 3,13; Fe2O3 —3,08% и немного других окислов и химических элементов. Как видно, породообразующие минералы изверженных пород по своему химическому составу разнообразны. Примерно из 2500 различных минералов породообразующими являются около 50.

Главные породообразующие минералы распределены в горных породах, применяемых в строительстве, примерно в следующих пропорциях: полевые шпаты (ортоклазы и плагиоклазы) — 57,9—59,5%; роговая обманка, авгит; оливин, змеевик— 16,8%; кварц— 12— 12,6; слюда 3,6—3,8; кальцит (известковый шпат) — 1,5; каолинит и другие аналогичные минералы— 1,1 % и т. д.

Горные породы представляют собой более или менее однородные минеральные агрегаты, слагающие земную кору, состоящие из одного или нескольких минералов, Горные породы, состоящие из одного минерала, называют простыми или мономинеральными (кварцит, гипс), а из нескольких минералов (гранит, базальт, гнейс) — сложными или полиминеральными.

А) Изверженные горные породы.

Изверженные горные породы образовались из расплавленной магмы, которая застыла, поднявшись к поверхности земли. Поднимаясь по трещинам в земной коре, магма претерпевала разнообразные воздействия (давление, понижение температуры), что приводило к образованию пород различного минералогического состава и строения, а следовательно, и технических свойств.

Химический состав изверженных горных пород также разнообразен и состоит в основном из кремния, алюминия, железа, кальция, магния, калия и натрия. По содержанию кремнезема эти породы разделяют на. кислые (85—65%), нейтральные (65—52%), и основные (52—35%). Кислые горные породы богаты соединениями кремния, калия, натрия и отличаются светлой окраской; основные породы содержат много кальция, магния, железа и окрашены чаще в темный цвет.

Из магмы, не вышедшей на поверхность земли и застывшей на глубине, под ее верхними слоями образовались глубинные горные породы. Излившиеся горные породы образовались из магмы, застывшей ближе к поверхности или на самой поверхности земли. Вследствие медленного охлаждения и отвердевания в глубинных породах процессы кристаллизации проходили более полно, образуя крупно- и среднезернистые структуры. В условиях быстрого охлаждения излившихся пород образовались мелкокристаллические, мелкозернистые, аморфные, стекловатые структуры. Однообразная мелкокристаллическая и мелкозернистая структура является признаком более высокой прочности и стойкости против выветривания, хорошей колкости по сравнению с крупнозернистыми разновидностями горных пород. Стекловатая структура определяет хрупкость породы.

Глубинные горные породы.

Граниты — распространенная горная порода Они представляют собой равномерно кристаллические породы состоящие в основном из кварца (20—40%), полевого шпата — ортоклаза (40—70%), слюды, иногда роговой обманки (5—20%). Цвет гранитов зависит в основном от ортоклаза и чаще бывает серым и красным.

Чем больше в гранитах зерен кварца, непосредственно связанных между собой, тем прочнее гранит. При изломе гранита разрушение происходит по зернам, а не по плоскостям соединения зерен минералов. Граниты могут быть мелко-, крупно- и среднезернистыми. Чем мельче зернистость, тем граниты прочнее и более морозостойки, а следовательно, и устойчивее против выветривания.

Граниты характеризуются средней плотностью 2,7—2,8 г/см3; объемной массой 2,60—2,65 г/см3, малой водонасыщаемостью, значительной устойчивостью против выветривания и высокой прочностью при сжатии 1400—2500 кгс/см2.

Обладая высокими техническими качествами, граниты широко применяются для дорожно-мостовых сооружений в качестве щебня, брусчатки, бортового камня, плит, бутового камня. Месторождения гранитов в СССР занимают обширные территории в Карелии, на Кольском полуострове, Украине, Кавказе, Урале, Алтае, Тянь-Шане.

Сиениты отличаются от гранитов тем, что не имеют в своем составе кварца. Цвет сиенитов серый, серо-красный, темно-зеленый; По плотности и прочности сиениты близки к гранитам, но менее, стойки   против   выветривания.   Плотность сиенитов 2,7—2,9 г/см3, объемная  масса  2,6—2,8 г/см3.  Предел прочности  при сжатии  в среднем 1200—1800 кг/см2. Применяются сиениты наравне с гранитами и являются ценной породой для получения щебня, брусчатки и бортового камня. Сиениты встречаются реже гранитов. Месторождения сиенитов имеются на Урале, Украине, Кольском полуострове, в Сибири, на Кавказе.

Диориты состоят в основном из плагиоклаза (около 75%) и рогозой обманки, иногда авгита и биотита. Цвет диоритов серый или темно-зелепый, структура равномерно кристаллическая. Диориты обладают более высокой вязкостью и стойки против выветривания. Плотность диоритов 2,85—3,2 г/см3, объемная масса 2,8—3,0 г/см3, предел прочности при сжатии 1500—2800 кг/см2. Обладая большой вязкостью, диориты характеризуются хорошим сопротивлением ударной нагрузке. Применяются они в дорожном строительстве для получения брусчатки и щебня, а также плиток для облицовочных работ. Месторождения диоритов имеются в Крыму, на Урале, Украине, Кавказе, в Средней Азии и др.

Габбро состоит до 50% из плагиоклаза (основного), авгита и оливина. По цвету бывает серым, темно-зеленым и черным. Структура габбpo   преимущественно   крупнозернистая,  плотность 2,9— 3,3 г/см3, объемная масса близка к плотности. Предел прочности при сжатии 2000-3500 кгс/см2. обладает большой  плотностью  и вязкостью. Применяется он при приготовлении щебня, штучных камней и плит при облицовочных работах. Месторождения габбро имеются на Урале, Украине, Кавказе и др.

Излившиеся горные породы.

Кварцевые порфиры по минералогическому составу соответствуют граниту, цвет чаще кирпично-красный, бурый, зеленоватый. Структура порфировая с вкраплением в основную массу крупных кристаллов кварца, плотность 2,4— 2,6 г/см3, предел-прочностн при сжатия 1300—1800 кг/см2. Кварцевые порфиры так же, как и граниты, широко применяются в дорожном строительстве для получения каменных материалов в виде щебня, бута, колотой и тесаной шашки. Месторождения кварцевых порфиров имеются в Крыму, на Урале, Алтае, Сахалине.

Ортоклазовые порфиры и трахиты по минералогическому составу соответствуют сиенитам, отличаясь содержанием вулканического стекла. Трахиты имеют пористую текстуру и шероховатую поверхность. По прочности они уступают сиенитам и большинство из них имеют светлую окраску. Месторождения ортоклазовых порфиров имеются на Кавказе, Урале, в Крыму.

Диабазы по минералогическому составу соответствуют габбро, преимущественно мелкозернисты, состоят из основного полевого шпата и пироксена, реже входят оливин и роговая обманка. Диабазы бывают серо-зелеными и темно-зелеными. Их плотность в среднем 2,7—3,0 г/см3, прочность при сжатии около 2000 кгс/см2 и доходит до 4000 кгс/см2. Обладая большой вязкостью, диабазы хорошо сопротивляются истиранию. Применяются они для получения штучного камня—брусчатки, шашки, разнообразных плит и высококачественного щебня. Месторождения диабазов имеются в Карелии, на Кавказе, Украине, Урале.

Базальты — породы темного цвета, плотные, скрытокрпсталлической структуры, состоящие из плагиоклаза и авгита. Вследствие неполной кристаллизации минералов породы содержат значительное количество стекловатой массы.

Технические свойства базальтов крайне различны и мало отличаются от свойств диабаза, хотя прочность базальтов при сжатии часто бывает выше и доходит иногда до 5000 кгс/см3. Относительная хрупкость базальтов несколько снижает его свойства. В дорожных работах базальты используются для изготовления шашки, брусчатки, щебня. Месторождения базальтов имеются в Армении, Забайкалье, на Украине, Сахалине.

Вулканические туфы — пористые породы, образовавшиеся при уплотнении вулканического пепла или из застывшей вулканической лавы с попавшими туда пеплом и песком.

Технические свойства туфов крайне разнообразны и зависят от их состава и степени цементации. Объемная масса туфов в среднем равна 0,75—1,4 г/см3, предел прочности при сжатии 70—700 кгс/см2. Они воздухопроницаемы, плохо проводят тепло и достаточно устойчивы против выветривания, легко поддаются обработке. Лучшие разновидности туфов (артикский туф) применяются для изготовления стеновых блоков, плит для облицовки, щебня для легких бетонов и как местный материал для устройства дорожных  покрытий.

Б) Осадочные, скальные горные породы.

Осадочные горные породы образовались в результате осаждения и цементации минеральных продуктов выветривания изверженных пород или осаждения продуктов жизнедеятельности и отмирания живых организмов, населяющих моря и океаны. Эти продукты осаждались и уплотнялись послойно, покрывая изверженные горные породы прерывистыми многослойными пластами. По физическим и механическим свойствам осадочные породы представляют большое разнообразие. Это объясняется разнообразием условии их образования.     

По условиям образования осадочные горные породы разделяются на породы механического отложения, химических осадков и органогенного образования.

Из большого разнообразия сцементированных осадочных горных пород здесь рассмотрены только песчаники, известняки и доломиты. Валуны, гравий и песок изложены в разделе рыхлых строительных материалов.

Песчаники состоят из мелких зерен минералов (кварц), сцементированных кремнистыми, известковыми, глинистыми, железистыми, гипсовыми, битумными и другими природными веществами. В зависимости от цементирующего вещества и примесей различают кремнистые, известковые, доломитовые и глинистые песчаники.

Наибольшую прочность 600—2600 кгс/см2, твердость и устойчивость против выветривания имеют плотные мелкозернистые кремнистые песчаники. Эти песчаники трудно поддаются обработке, а щебень, полученный из них, плохо укатывается в щебеночном слое дорожных покрытий.

Известковые и доломитовые песчаники, обладая достаточной прочностью, легче поддаются обработке. Глинистые песчаники мало устойчивы против выветривания, а при увлажнении резко снижают прочность.

Песчаники применяются в дорожном строительстве в виде бута, колотой шашки, щебня и штучного камня.

Песчаники широко распространены на территории СНГ. Крупнейшие месторождения расположены в районах Тульской, Курской, Сумской областях, в Донбассе, на Урале и в Ростовской обл.

Известняки состоят главным образом из углекислого кальция (CaCO3) с незначительной примесью углекислого магния иногда кварца, железистых, глинистых, углистых и других включений, Под действием соляной кислоты известняки легко «вскипают» с выделением CO2. В зависимости от структуры и текстуры различают следующие виды известняков: плотные, мраморовидные и ракушечниковые. Технические свойства известняков очень разнообразны и зависят от их состава, структуры и текстуры. Однородные плотные скрытокристаллические известняки,   зерна   которых   сцементированы кальцитом, имеют высокую прочность - 1500 кгс/см2, хорошую обратываемость и небольшую истираемость.

Плотные известняки при достаточной прочности и плотности применяются в качестве бутового камня, шашки и щебня для дорожной одежды. Мраморовидные или кристаллические известняки содержат зерна кальцита, плотно сцементированные между собой. Предел прочности при сжатии бывает 900—1300 кгс/см2.

Известняк-ракушечник более позднего образования из сцементированных обломков раковин обладает сильно пористой текстурой с видимыми отделыюстями ракушек. Он легко поддается распиловке на штучный камень. Объемная масса известняка-ракушечника составляет 0,6—1,5 г/см3, предел прочности при сжатии 10— 200 кг/см2.

Землистый известняк — мел состоит из мельчайших частиц раковин простейших животных, уплотненных под давлением. Химический состав мела одинаков с известняками (СаСО3), имеет большую пористость и очень малую прочность. Применяется мел для получения минеральных вяжущих, для красок и пр.

Известняки, содержащие в своем природном составе большое количество глин, называют: известковым мергелем при содержании глины до 25%; мергелем при содержании глины от 25 до 60%; глинистым мергелем при содержании глины свыше 60%. Мергели применяют главным образом в цементной промышленности, а прочные известняковые мергели применяют при строительстве дорог в качестве щебня. Месторождения, известняков широко распространены на территории СНГ. Крупные месторождения имеются в Ленинградской и Московской областях, на Украине, в Молдавии, па Урале, Северном Кавказе, в Крыму и Средней Азии.

Доломит состоит из минерала доломита (карбонат Са и Mg). По свойствам доломиты приближаются к плотным известнякам и наравне с ними применяются в строительстве для получения каменных материалов.

В) Метаморфические (видоизмененные) горные породы.

Метаморфические горные породы образовались в результате последующих видоизменении изверженных и осадочных пород. Они существенно могут отличаться от первоначальных пород по текстуре и минералогическому составу, К метаморфическим горным породам,   применяемым   в   строительстве, относятся  гнейс, мрамор, кварцит и сланцы.

Гнейсы по минералогическому составу подобны гранитам, из которых они образовались, и отличаются от них сланцеватым сложением. Гнейсы, обладая большой прочностью, в направлении, перпендикулярном сланцеватости, относительно легко раскалываются по плоскостям сланцеватости. Гнейсы так же, как и граниты, применяются для приготовления шебня, брусчатки, бортовых и облицовочных плит. В отдельных случаях сланцеватость гнейса снижает качество получаемых из пего щебня и брусчатки.

Мрамор состоит из сросшихся кристаллов кальцита с примесью магнезита и других минералов. Мрамор образовался в основном из известняков. По. цвету он бывает белым, розовым, красным, коричневьм и черным. Прочность мрамора при сжатии в среднем составляет 1000 кгс/см2, он легко пилится на плитки и хорошо полируется- применяется чаще всего в качестве облицовочных плиток для декоративных и облицовочных работ, но может быть применен для получения щебня или крошки. Месторождения мрамора имеются в Карельской области, на Урале, в Крыму, на Кавказе и в других районах СНГ.

Кварциты образовались из кремнистых песчаников, в которых зерна кварца непосредственно срослись между собой. Кварциты по цвету бывают белыми, красными, темно-вишневыми, обладают высокой плотностью, твердостью, большой прочностью при сжатии — до 4000 кгс/см2, но отличаются хрупкостью. Применяют их для облицовки особо ответственных сооружений (мавзолей В. И. Ленина—шокшинский кварцит), а также для изготовления щебня, шашки, бортовых камней и др. Лучший кварцит добывают в Карелии у Онежского озера.

Сланцы характеризуются параллельным расположением составляющих частиц, сланцеватостью. Сланцы состоят из кварца и слюды (слюдяные сланцы), графита (графитовые сланцы), глинистых веществ (глинистые сланцы). Глинистые сланцы являются наиболее распространенными.

Некоторые разновидности глинистых сланцев, имея довольно высокую прочность, легко раскалываются на тонкие плитки, которые используются как кровельный материал. Сланцы в воде не размокают и пластического теста не образуют. Примеси углистых веществ или битумов в сланце позволяют использовать их как местное топливо и для получения органических вяжущих материалов. Месторождения сланцев имеются на Кавказе, Урале, Украине, в Эстонии.

53

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

 

Состояние окружающего породного массива характеризуют определенными физико-механическими свойствами.

Достоверные сведения о физико-механических свойствах горных пород позволяют заблаговременно составить представление о характере возможных деформаций и степени устойчивости обнажений массива, а также служат основанием для разработки и внедрения наиболее эффективных методов разрушения горных пород при ведении горных работ, креплении и поддержании горных выработок.

Под механическими свойствами горных пород понимают характеристики, определяющие способность пород противодействовать деформированию и разрушению в сочетании со способностью упруго или пластически деформироваться под действием внешних механических сил. Механические свойства пород можно подразделить на прочностные, упругие и др.

Прочность характеризует сопротивляемость породы раздавливающим, разрывающим и скалывающим нагрузкам.

Пределом прочности называют напряжение, при котором образец породы разрушается.

Большинство горных пород имеет зернистую структуру (например, песчаники), причем межкристаллическое сцепление значительно меньше прочности самих зерен. Такие горные породы являются хрупкими и разрушаются без предварительной пластической деформации. Глины и некоторые виды известняков обладают пластическими свойствами. Горные породы обладают достаточно высокой прочностью только на сжатие, сопротивление же их растяжению, сдвигу и изгибу очень мало и составляет десятые и сотые доли сопротивления сжатию.

При сложных процессах механического разрушения горных пород (бурение шпуров, применение проходческих комбайнов и т.д.) чаще находит применение термин «крепость горной породы».

Крепость —величина, приближенно характеризующая относительную сопротивляемость породы разрушению при добыче.

Данные о физико-механических свойствах горных пород получают путем испытания их образцов на сопротивление сжатию, разрыву, изгибу и сдвигу.

К свойствам горных пород относят также обобщающие характеристики разрушаемости механическими способами: дробимость, абразивность и контактную прочность.

Дробимость —относительная сопротивляемость породы измельчению при воздействии ударной нагрузки.