> Техника, страница 39 > Гравий
Гравий
Гравий, обломочная механически-оса-дочная горная порода, состоящая из отдельных несцементированных между собой,более или менее округлых каменных зерен с поперечным сечением от 3 до 10 jh.m (по одним определениям) или до 40 мл (по другим i1]). Размеры отдельного обломка в обломочных (пластических, дейтогенных) горных породах, вообще говоря, чрезвычайно различны. Валуны, галька и щебень (размерами от человеческой головы до лесного ореха), гравий и хрящ (размерами не более горошины), крупный и мелкий песок, наконец, глина, мергель и ил—таковы породы, составляющие нисходящую по величине обломка шкалу, в которой Г. и хрящ занимают среднее место. Кроме различных размеров в этом перечне отчасти учитывается также различие формы: хрящ отличается от гравия более угловатым зерном, тогда как зерна Г. округленные; таково же различие между щебнем с угловатою поверхностью обломков и округлою галькою. Валуны, несмотря на общую округлость, имеют ребра, тогда как поверхность галыси и Г. яйцевидна или сжато-эллипсоидальна. Когда речь идет о больших скоплениях Г. или хряща, то обычно их причисляют, смотря по величине зерна, либо к галечникам, либо к крупнозернистым пескам. Галечники (скопления гальки, а также Г. и хряща) бывают иногда почти чистыми, иногда же переслоены песчано-глинистыми или лёссовидн. породами. Обычные в горных странах галечники иногда имеют большую мощность и занимают обширн. площадь (в несколько кзГ); таковы галечники в предго-риях Тянь-Шаня в Монголии, в Заьн, на горах вдоль течения р. Куры. По петрограф. составу в скоплениях Г. могут встречаться всевозможные породы, однако, более мягкие или легко выветриваемые разрушаются сравнительно быстро до иелитовых отложений (глина, мергель, ил); породы более тверд, и более стойкие остаются в составе Г.
Фигура 4.
По происхождению Г. может быть ледниковым, береговым (морским или крупноречным) и речным. Разрушающая и истирающая деятельность ледников ведет к выносу обломочных отложений в виде морен и озов; отличительная особенность ледникового гравия—угловатость зерен, неоднородность их по размеру и засоренность песком и глиной. Береговой Г. получается от совместной деятельности волн, приливов-отливов и морских течений, причем действие последних особенно велико в отношении систематического вымывания мелких частиц. Береговой Г. имеет наиболее округл, формуй иногда— углубления на поверхности (от взаимных столкновений зерен); он не содержит глинистых засорений, но сортировка зерен по размерам здесь не полная. Наконец, гравий речной, образуемый деятельностью рек, имеет зерно средней степени округленности, но вполне промыт от мелких частиц и хорошо отсортирован по размерам зерна. К разновидностям речных галечников могут быть относимы также находимые на берегу сибирских рек какуры (скопления речных отложений, сдвинутые во время заторов льдом на расстояние до 200 метров от берега и нагроможденные до мощности в 10 м), корги (косы, идущие от древн. берега к реке и спускающиеся подошвой в воду) и часто встречающиеся речные террасы на значительной высоте над руслом реки. Следует отдельно отметить также вулканический гравий, получающийся от размыва вулканич. мусоров и пемзовых скоплений.Техническ. ценность Г. возрастает в следующем порядке: ледниковый—береговой—речной; пемзовый гравий, весьма ценен, но лишь в некоторых применениях (смотрите Пемза).
Физические свойства гравия. Знаниефизнч. свойств Г. весьма важно для техники, т. к. последней приходится не только иметь дело с ним как с материалом, но и встречаться с ним по природным условиям работы (например, при электрячеек, заземлении при генерации электрич. колебаний, в жилищном и городском строительстве и т. д.). Однако, свойства Г. весьма изменчивы в зависимости от величины и формы зерна, петрографии, состава, состояния влажности и прочие; поэтому их нельзя охватить одной общей формулой. Приводимые ниже данные являются только примерами и дают лишь общее понятие о порядке величины соответствующих характеристик гравия.
Плотность Г. для нижеследующих частных случаев может быть охарактеризована данными табл. 1, которые можно считать крайними пределами.
Скважность Г. (объёмное содержание пустот) достигает 40%. При выемке [4] песка п гравия из грунта происходит разрыхление: первоначальное—на 10—20% и остающееся—на 1—2%.
Воздухопроницаемость [5] Г. п родственных пород. При наличии мощных слоев,—тем более мощных, чем крупнее зерно Г.,—или при низких разностях давлений, дающих скорости истечения воздуха через Г., не превышающие 0,2 см!ск, наблюдается приблизительная пропорциональность между объёмом V (обычно в л) про-
Т а 0 л. 1 .—И л о т н о с т ь гравия [“,].
| Г р а в и ii | Вес 1 м8 в кг | Кажущийся уд. вес (объёмный вес) |
| Прирейнскнй пемзовый Г. | ||
| с размером зерен в 1—20 -u.it | 301 | 0,3 |
| Гравий но Урочн. полож. | 1 734 | 1,7 |
| » смешанный. | 1 6UG | 1,6 |
| » гранитныГ!. | 1 860 | 1,7 |
| Песок сухой.. | 1 301 | 1,5 |
| » сырой. | 1 091 | 1>7 1 |
шедшего в единицу времени воздуха и приложенной разностью давлений Н (в миллиметров во-дян. ст.). На основании опытов с крупным песком (зерно 1—2 миллиметров) установлено, что при удвоении Ы величина V возрастает в среднем в 1,919 раза. Общая формула, выражающая зависимость между V и Н (по Величковско-му) имеет вид:
V=V0-A- i“,
где А—константа, зависящая от природы Г. влажности, толщины слоя и <°, a V0—объём пропущенного воздуха при 11=1. Воздухо-проницаемостьГ.понижается вместе с уменьшением зерна, а при неоднородной величине его зависит гл. обр. от мелких зерен. Примесь глины весьма понижает воздухопроницаемость гравия (например, примесь объёмных 10% глины уже сильно сказывается на проницаемости даже песка). Кроме того, воздухопроницаемость падает с увеличением влагосодержания Г. и с повышением t°.
Влагопроницаем ость [5]Г.и родственных пород. Опытами Величковского (при зернах от 0,33 до 7 миллиметров) установлено, что количество проходящей через Г. и родственные породы воды Q возрастает в арифметической прогрессии, если давление 11 растет в геометрической, причем разноегь прогрессии зависит от величины зерна и от мощности слоя. С повышением <° возрастает Q (опыты Зеельгейма при 1° от 9 до 19,5°). Опыты Вольни (Wollny) подтвердили и расширили предыдущие выводы, а именно— Q растет соответственно 11, но не пропорционально, а медленнее: при равномерном изменении Н изменения Q постоянны, если только не меняются при этом природа слоя, его толщина и ί°. При тонкозернистых грунтах и более высоких II количество Q обратно пропорционально мощности слоя; но чем крупнее зерно грунта и чем ниже II, тем заметнее отстает величина Q от роста мощности слоя. С возрастанием величины зерна влагоироницаемость Г. возрастает, а при неоднородности гравия—она приближается к влагопроницаемости его тонкозернистоп составной части.
П р о м ы ваемость и раз м ы в а е-мость Г. В зависимости от скорости течения, вода может или промывать Г., освобождая его от более мелкозернистых примесей, или размывать самую толщу его, уноси зерна гравия. Составленная Стефенсоном и дополненная Ф. Нансеном [6] табл. 2 дает более точные указания о действии водных течений на различные обломочные породы при разных скоростях движения воды.
Таблица 2.—3 а в и с и м о с т ь между скоростью водных течен ий и ве личиной зерна переносимых осадков.
| Скорость
В С.К/СК |
Действие |
| 0.29 | Переносятся мельчайшие частицы ра- |
| новинок глобигерин | |
| 2.9 | Переносятся большие обломки рано- |
| вннок глббнгерин | |
| 7,7 | Начинается размывание тонкозерни- |
| стой глины | |
| 15,0 | Поднимается тонкозернистый песок |
| 20,0 | Поднимаются песчинки, величиной с |
| льняное зерно | |
| 21,3 | Поднимается тонкозернистый пресно- |
| водный песок | |
| 30,5 | Переносится мелкий гравий |
| 35,5 | Размывается морской песок |
| 40,0 | Передвигается округленный гравий |
| диам. 6 миллиметров | |
| 61.0 | Перекатывается галька диам. 20 миллиметров |
| 124,7 | Переносятся гальки, величиной с орех |
Удельная поверхность Г., то есть отношение полной поверхности к массе или к объёму зерен, существенно меняется в зависимости от их размеров, формы и уд. в Но в каждом отдельном случае эта важная характеристика м. б. измерена или подсчитана особо, наприм.,приемами, разработанными в Отделе материаловедения Гос. эксперимент, электротехнического ин-та для неправильных, сыпучих и порошкообразных тел [7].
Механическая прочность Г. всецело определяется прочностью входящих в его состав горных пород. Согласно америк. т. у., у Г. измеряют только так называемым цементирующую способность [8]—связывающую силу дорожного материала. Для этого испытания образец размалывается на шаровой мельнице с нек-рым количеством воды, достаточным для получения плотного мелкозернистого крутого теста. Из этого теста отпрессовывается цилиндрик, 25 миллиметров диаметром и 25 миллиметров высотой, к-рый после просушки испытывается на разрушение нормированным ударом специального молоточка. Числом ударов, доводящим цилиндр до разрушения, характеризуется цементирующая способность. Так, например, число 10 указывает на низкую способность, более 100—на чрезвычайно высокую. У шлака она характеризуется числом 463, у базальта, диабаза, известняка и песчаника—числом 500. Г. тоже дает 500. Гравий и хрящ, в качестве балласта в строительном бетоне, схватываются с раствором лучше, чем галька, но по прочности они слабее последней.
Теплопроводность Г. Теплопроводность вышеуказанного прирейнского пемзового Г. равна 0,22 · 10"3са1 · см/см ск. °С. С возрастанием скважности Г. теплопроводность также увеличивается, так как облегчается циркуляция воздуха [*].
Электропроводность Г. имеет важное значение при устройстве электрич. заземлений—громоотводных, станционных и др. Она может быть приблизительно охарактеризована нормами Союза германских электротехников: пластина с поверхностью в 1 м- (по одной стороне), зарытая в глинистую почву, представляет сопротивление в 20—ЗОй, в песке же и Г. означенная величина может увеличиться во много раз [»].
Диэлектрический к о э ф ф и ц и-е н т Г. О значении диэлектрического коэффициента гравия дают понятие числа Флеминга и Г. Леви [10| для некоторых родственных веществ (табл. 3).
Таблица 3.—В е л и ч п я а диэлектрического коэффициен т а з е м л и п пес к а.
| -- | Состояние | I | |
| Вещество | Сухое | Сырое | |
| Земля. Песок. | 2—6
2—3 |
б—15 9 |
Применение, нормы и экономи-ка[“]. Г. применяется почти исключительно как строительный материал, и притом— в сочетании с другими, заполняющими его скважины или также с цементирующими материалами. Такими заполняющими материалами служат песок, иногда глина, тогда как цемент и асфальты способствуют сцеплению отдельных зерен Г. При простом заполнении скважин Г. идет на строительство ж.-д. полотна и шоссейных дорог, где он в значительной мере заменяет щебень; для бетонных сооружений Г. употребляют в качестве балласта для цементного раствора, а связанный асфальтом или другими битуминозными веществами он применяется в городском строительстве для асфальтовых мостовых. В табл. 4 приведены принятые в Соединенных Штатах Америки нормы классификации Г. по величине зерен.
Т а б л. 4.—А мериканские нормы для гравия и п е с и а.
| Размеры зерна в дм. | Назначение |
| VI,-14, | Железобетон |
| IV,—1*/« | Дорожное строительство |
| 14,- /. | Круглозернистый песок |
| 7<— 4. | «Торпедо» для верхней одежды до- |
| роги | |
| ·/, и менее | Песок для шоссе и т. д. |
Гравий по большей части естественно отмывается от глины (смотрите табл. 2), и потому вопрос о незасоряемости его обычно не ставится; что же касается пород более мелкозернистых, то тут естественная промывка м. б. не так совершенна, и потому требуется соответственная оговорка. Например, по исследованиям проф. Ельчанинова, содержание глины в песке, идущем для балластирования пути и в бетонном деле, не должно превышать 2%. Применяемые на практике в шоссейном и ж.-д. строительстве пропорции смесей с Г. охарактеризованы табл. 5.
Таблица 5. — Процентный состав балластов с гравием.
| Материал | Шоссейные балласты, применяемые в шт. Миссури С.III.А.
I II |
Ж.-д. балласт | |
| Гравий. | 65 | 75 | 50—80 |
| Песок. | 23 | 10 | 50—20 |
| , Глина. | 12 | » | 2—0 |
Добыча и потребление гравия как за границей, так и в СССР, η последние годы быстро возрастает, особенно в связи с развитием городского строительства, и гравий составляет важную статью народного хозяйства. Так, в 1924/25 годах былодобыто,но имеющимся данным Геологической комиссии, не менее 58 387т, а в 1925/26 годах—189 792 т; на долю Москвы в 1925/26 годах приходится свыше 165 000 т, на долю Ленинграда—около 8 000 т, тогда как в других районах добыча значительно меньше. Однако, эти числа, повидимому, значительно отстают от действительности, как видно из табл. 6 (по данным КЕГ1С).
Таблица 6П отреблепие гравия желе
СССР