Гравий и щебень из отдельных горных пород за исключением щебня, получаемого дроблением гальки и булыги, имеют различные минералогические составы. В качестве характерного примера большого разнообразия петрографического состава гравия может служить гравий Московской области. Различие в петрографическом составе гравия имеет прямое отношение к области его применения.
Различные по генезису зерна гравия по-разному влияют на технические свойства смеси и бетона. Так, желтый известняк и другие аналогичные ему известняки резко повышают водопотребность бетонной смеси из-за увеличения пористости каменного материала. Многочисленные опыты показывают, что некоторые каменные материалы резко снижают качество бетонной смеси, влияя на повышение содержания в ней воды, а также технические свойства бетона.
При содержании в гравии только твердых пород осадка конуса составляет 4,5—11 см (по мере увеличения крупности — уменьшения поверхности смачивания зерен — требуется меньше воды на ее смачивание и, следовательно, повышается содержание воды в цементном тесте —оно становится пластичнее). По мере увеличения содержания зерен карбонатных пород осадка конуса уменьшается, доходя до 0,5—1 см для 100% зерен карбонатных пород в смеси, независимо от размера зерен. Увеличение водопоглощения щебня влияет на изменение осадки конуса бетонной смеси, приготовленной на крупном заполнителе из карбонатных пород месторождений Самарской луки на р. Волге. При одном составе бетонной смеси на щебне карбонатных пород с водопоглощением в пределах 1% осадка конуса выше 16 см, а с водопоглощением около 8% осадка конуса близка к 0,5 см. Следовательно, выясняя петрографический состав камня, необходимо определять и другие показатели, в первую очередь водопоглощение.
Для ускоренного определения морозостойкости карбонатных пород с различной пористостью водонасыщение определяют при форвакууме. При этом удается оценить морозостойкость за несколько циклов испытания. При длительном испытании бетона на морозостойкость фиксируют начало разрушения образцов по зернам гравия из пород, и характер контакта с поверхностью зерен различных пород. Так если после разрушения образца гравий из гранита, кварца, кварцита, диабаза и других плотных и прочных пород не имеет внешних признаков потери сплошности, а гравий из кремния и слюдистого сланца частично разрушен, то примерно 80—85% гравия карбонатных пород резко изменилось и .находится на разной стадии разрушения (от наличия трещин и до полного раз-мокания). В указанном образце имеется около 55% гравия карбонатных пород по отношению к другим породам в гравийно-песчаных месторождениях флювиогляциального и древнеаллювиального образования.
При испытании морозостойкости бетона отмечают, что основная масса раствора легко отделялась от зерен гравия изверженных пород и имела хорошее сцепление с карбонатными зернами. Это обстоятельство служит дополнительным подтверждением высокой пористости большинства зерен карбонатных пород. Действительно; при приготовлении бетонной смеси применялись сухие каменные материалы, что привело к миграции части воды из раствора в массу таких влагоемких зерен, к уменьшению содержания воды и намоканию гравия в растворной части бетона в этих местах.
Отслаивание от раствора зерен плотных пород является следствием наличия воды между частью их поверхности и раствором. Эта вода отслаивается от твердеющего цементного теста в процессе гидролиза и гидратации. При ускоренных методах твердения бетона с резким подъемом температуры среды во время испытаний образцов (изделий) обнаруживается этот дефект — наличие отслоенной воды. Приведенный пример разрушения бетона из-за наличия в нем зерен неплотных карбонатных пород с высоким водопоглощением не является основанием для того, чтобы отказаться от использования бетонов высоких марок и карбонатных пород в конструкциях (сооружениях), подверженных попеременному многократному воздействию воды, замораживанию и оттаиванию.
В ряде случаев бытует неверное представление о нецелесообразности широкого использования щебня из крупного карбонатного каменного материала в виду его якобы худших технических свойств. Можно привести примеры низкого качества бетона, приготовленного на гранитном щебне невысокого качества. Следовательно, определяя возможность использования гравия или приготовления щебня, решение вопроса связывают не с названием материала, а с оценкой его технических свойств и условиями его работы по зонам конструкций (сооружений).
По результатам петрографической разборки, например, гравий Ногатинского карьера можно использовать даже в зонах, подверженных многократному замораживанию и оттаиванию. Опыты по определению морозостойкости каменных материалов подтверждают возможность прямой связи их петрографического состава с морозостойкостью и другими техническими свойствами. Независимо от петрографического состава использование каменного материала без дополнительного дробления в ряде случаев ограничивается условиями работы конструкций из бетона (железобетона) в силу относительно меньшей прочности такого бетона при действии изгибающих нагрузок.
Решающее значение для разных технических свойств бетона имеет состояние поверхности щебня. В зависимости от адгезионных связей цементного камня с поверхностью зерен щебня будут изменяться прочность, водонепроницаемость и другие свойства бетона. Если некоторые свойства бетона (например, водонепроницаемость в перекрытиях помещений) прямым образом не влияют на работу бетона, то их не учитывают. Однако несомненно, что снижение водонепроницаемости бетона на щебне с пониженной адгезией связано с другими свойствами бетона (например, с прочностью), что потребует подбора состава бетона с. повышенным расходом цемента.
В ряде случаев отсутствие выбора каменных материалов, способствующих минимальному расходу цемента, диктует технико-экономическую необходимость использования таких материалов, которые обеспечивают требования проекта. Отмстим, что некоторые из эксплуатируемых месторождений широко представлены гранитами, гранито-гнейса-ми, гранитоидами, диабазами, диоритами, габбро, базальтами, менее распространенными — андезитами, порфиритами и некоторыми другими породами. Карбонатные породы, пригодные для приготовления щебня, также распределены неравномерно на территории страны. Выбор карбонатных пород для дробления затрудняется в силу значительной неравномерности их качества по отдельным слоям месторождений. Естественно, что в случае разработки месторождений с неоднородным каменным материалом требуется селективная (выборочная) система добычи, несмотря на известные сложности ее применения.
Как известно, скопления гравийно-песчаных масс, имеющих практический интерес для открытия карьеров, кроме рассмотренных отложений ледникового происхождения (моренного и флювио-гляциального) связаны с размывом обломков горных пород водными потоками в горах, размывом горных пород морскими прибоями. Сепарация рыхлых материалов проходит по течению водных горных потоков постепенно. В уступах и у подножья террас в гравийно-песчаной массе преобладают крупные частицы (булыга, галька), а в долинах рек — песчаная фракция.
На территориях, удаленных от указанных районов (в том числе от сферы действия ледников), нет гравийно-песчаных отложений с галькой и булыгой (в СССР к таким районам относятся Западная Сибирь, южная часть европейской России). Естественно, что и петрографический состав гравия различных районов неодинаков и представлен многообразием горных пород: карбонатными разного состава и качества (известняками и доломитами), кварцем, песчаниками, диабазами, гранитами и гранитоидами, сланцами, гнейсами и др. Часть указанных пород представлена в табл. IV.8, где приведены данные лаборатории каменных материалов Союз-ДорНИИ.
Гравий указанных месторождений используется в строительстве. В частности, на строительство КамАЗа широко применяется гравий Сидоровского месторождения. В нем содержатся зерна преимущественно кремня, песчаников и в меньшем количестве карбонатных пород и порфиритов. Зерна гравия имеют гладкую окатанную поверхность, и в его составе преобладают фракции 5—20 мм при незначительном количестве фракций 20—40 мм; водопоглоще-пие гравия—1,2%. На этом гравии приготавливают бетоны до М 300.
Анализ гравия различных районов страны, приведенный в работах, подтверждает сказанное об исключительно большом разнообразии его показателей.
Различие в стандартных показателях качества гравия ледникового образования и гравия по долинам рек показывает, насколько они различны, что надо всегда помнить при разведке месторождений, их добыче и использовании.