Гравий

Гравий

ГРАВИЙ, обломочная механически-осадочная горная порода, состоящая из отдельных несцементированных между собой, более или менее округлых каменных зерен с поперечным сечением от 3 до 10 мм (по одним определениям) или до 40 мм (по другим). 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 гравий 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 гравия округленные; таково же различие между щебнем с угловатой поверхностью обломков и округлой галькой. Валуны, несмотря на общую округлость, имеют ребра, тогда как поверхность гальки и гравия яйцевидна или сжато-эллипсоидальна. Когда речь идет о больших скоплениях гравия или хряща, то обычно их причисляют, смотря по величине зерна, либо к галечникам, либо к крупнозернистым пескам. Галечники (скопления гальки, а также гравия и хряща) бывают иногда почти чистыми, иногда же переслоены песчано-глинистыми или лёссовидными породами. Обычные в горных странах галечники иногда имеют большую мощность и занимают обширную площадь (в несколько км2); таковы галечники в предгорьях Тянь-Шаня в Монголии, в Закавказье, на горах вдоль течения реки Куры. По петрографическому составу в скоплениях гравия могут встречаться всевозможные породы, однако, более мягкие или легко выветриваемые разрушаются сравнительно быстро до пелитовых отложений (глина, мергель, ил); породы более твердые и более стойкие остаются в составе гравия.

По происхождению гравий 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 гравий получается от совместной деятельности волн, приливов-отливов и морских течений, причем действие последних особенно велико в отношении систематического вымывания мелких частиц. Береговой гравий имеет наиболее округлую форму и 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 м от берега и взгроможденные до мощности в 10 м), корги (косы, идущие от древнего 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 вулканических мусоров и пемзовых скоплений. Техническая ценность гравия возрастает в следующем порядке: ледниковый – береговой - речной; пемзовый гравий, весьма ценен, но лишь в некоторых применениях (см. Пемза).

Физические свойства гравия. Знание физических свойств гравия 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 электрическом заземлении при генерации электрических колебаний, в жилищном и городском строительстве и т. д.). Однако, свойства гравия весьма изменчивы в зависимости от величины и формы зерна, петрографического состава, состояния влажности и пр.; 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 гравия для нижеследующих частных случаев может быть охарактеризована данными табл. 1, которые можно считать крайними пределами.

Плотность гравия

Скважность гравия (объемное содержание пустот) достигает 40%. При выемке песка и гравия из грунта происходит разрыхление: первоначальное - на 10—20% и остающееся - на 1—2%.

Воздухопроницаемость гравия и родственных пород. При наличии мощных слоев, - тем более мощных, чем крупнее зерно гравия, - или при низких разностях давлений, дающих скорости истечения воздуха через гравий, не превышающие 6,2 см/сек, наблюдается приблизительная пропорциональность между объемом V (обычно в л) прошедшего в единицу времени воздуха и приложенной разностью давлений Н (в мм водяного столба). На основании опытов с крупным песком (зерно 1—2 мм) установлено, что при удвоении Н величина V возрастает в среднем в 1,919 раза. Общая формула, выражающая зависимость между V и Н (по Величковскому) имеет вид:

Общая формула по Величковскому

где А - константа, зависящая от природы гравия, влажности, толщины слоя и температуры, a V0 - объем пропущенного воздуха при Н = 1. Воздухопроницаемость гравия понижается вместе с уменьшением зерна, а при неоднородной величине его зависит гл. обр. от мелких зерен. Примесь глины весьма понижает воздухопроницаемость гравия (например, примесь объемных 10% глины уже сильно сказывается на проницаемости даже песка). Кроме того, воздухопроницаемость падает с увеличением влагосодержания гравия и с повышением температуры.

Влагопроницаемость гравия и родственных пород. Опытами Величковского (при зернах от 0,33 до 7 мм) установлено, что количество проходящей через гравий и родственные породы воды Q возрастает в арифметической прогрессии, если давление H растет в геометрической, причем разность прогрессии зависит от величины зерна и от мощности слоя. С повышением температуры возрастает Q (опыты Зеельгейма при температуре от 9 до 19,5°). Опыты Вольни (Wollny) подтвердили и расширили предыдущие выводы, а именно - Q растет соответственно Н, но не пропорционально, а медленнее: при равномерном изменении Н изменения Q постоянны, если только не меняются при этом природа слоя, его толщина и температура. При тонкозернистых грунтах и более высоких Н количество Q обратно пропорционально мощности слоя; но чем крупнее зерно грунта и чем ниже Н, тем заметнее отстает величина Q от роста мощности слоя. С возрастанием величины зерна влагопроницаемость гравия возрастает, а при неоднородности гравия - она приближается к влагопроницаемости его тонкозернистой составной части.

Промываемость и размываемость гравия. В зависимости от скорости течения, вода может или промывать гравий, освобождая его от более мелкозернистых примесей, или размывать самую толщу его, унося зерна гравия. Составленная Стефенсоном и дополненная Ф. Нансеном табл. 2 дает более точные указания о действии водных течений на различные обломочные породы при разных скоростях движения воды.

Зависимость между скоростью водных течений и величиной зерна переносимых осадков

Удельная поверхность гравия, т. е. отношение полной поверхности к массе или к объему зерен, существенно меняется в зависимости от их размеров, формы и удельного веса. Но в каждом отдельном случае эта важная характеристика м. б. измерена или подсчитана особо, например, приемами, разработанными в Отделе материаловедения Государственного экспериментального электротехнического института для неправильных, сыпучих и порошкообразных тел.

Механическая прочность гравия всецело определяется прочностью входящих в его состав горных пород. Согласно американским ТУ, у гравия измеряют только так называемую цементирующую способность - связывающую силу дорожного материала. Для этого испытания образец размалывается на шаровой мельнице с некоторым количеством воды, достаточным для получения плотного мелкозернистого крутого теста. Из этого теста отпрессовывается цилиндрик, 25 мм диаметром и 25 мм высотой, который 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. Гравий 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 гравия. Теплопроводность вышеуказанного прирейнского пемзового гравия равна 0,22·10–3 саl·см/см2·сек. °С. С возрастанием скважности гравия теплопроводность также увеличивается, так как облегчается циркуляция воздуха.

Электропроводность гравия имеет важное значение при устройстве электрических заземлений - громоотводных, станционных и др. Она может быть приблизительно охарактеризована нормами Союза германских электротехников: пластина с поверхностью в 1 м2 (по одной стороне), зарытая в глинистую почву, представляет сопротивление в 20—З0 Ом, в песке же и гравии означенная величина может увеличиться во много раз.

Диэлектрический коэффициент гравия. О значении диэлектрического коэффициента гравия дают понятие числа Флеминга и Г. Леви для некоторых родственных веществ (табл. З).

Диэлектрический коэффициент гравия

Применение, нормы и экономика. Гравий 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 гравия. При простом заполнении скважин гравий идет на строительство железнодорожного полотна и шоссейных дорог, где он в значительной мере заменяет щебень; для бетонных сооружений гравий 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 США нормы классификации гравия по величине зерен.

Классификация гравия по величине зерен

Гравий по большей части естественно отмывается от глины (см. 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 профессора Ельчанинова, содержание глины в песке, идущем для балластирования пути и в бетонном деле, не должно превышать 2%. Применяемые на практике в шоссейном и железнодорожном строительстве пропорции смесей с гравием охарактеризованы табл. 5.

Процентный состав балластов с гравием

Добыча и потребление гравия, как за границей, так и в СССР, в последние годы быстро возрастает, особенно в связи с развитием городского строительства, и гравий составляет важную статью народного хозяйства. Так, в 1924/25 г. было добыто, по имеющимся данным Геологической комиссии, не менее 58387 т, а в 1925/26 г. - 189792 т; на долю Москвы в 1925/26 г. приходится свыше 165000 т, на долю Ленинграда - около 8000 т, тогда как в других районах добыча значительно меньше. Однако, эти числа, по-видимому, значительно отстают от действительности, как видно из табл. 6 (по данным КЕПС).

Потребление гравия железными дорогами и строительством СССР

В СССР гравий добывается как прибрежноморской, так и речного и ледникового происхождения. В районе Ленинграда добыча гравия производится на участке Лахта-Сестрорецкое приморского берега и на Ораниенбаумском побережьи Финского залива, причем гравий отсеивается через грохота. Точно так же для постройки железной дороги Туапсе—Сочи—Адлер гравий добывается на морском берегу. В Московской губернии добыча ведется из овражных рек, частью же из древне-элювиальных отложений, в пяти районах: Павшинском - по Москве-реке, под Москвой, Воскресенском - по рекам Малой и Большой Истре, Звенигородском - по Москве-реке близ Звенигорода, Коломенском - по реке Оке и Серпуховском - по притокам Оки: Наре и Речме. Добычу ведут главным образом кооперативные объединения и артели. Добытый материал подвозится к Москве преимущественно по железной дороге со станций Новый Иерусалим, Снегири, Павшино.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 - 1929 г.