Бравшиеся древними крепости

Подсмотрено здесь https://vk.com/wall412771850_755

…Как древние могли, не имея стали и твёрдых сплавов, обрабатывать гранит, ведь у него твердость 7, медным зубилом его не возьмешь?

Отвечает Павел Селиванов, геолог, начальник отдела ЦНГРИ.

Начнем с того, что горные породы не очень корректно характеризовать с помощью шкалы Мооса. Твёрдость – это, грубо говоря, способность сопротивляться царапанию. Минерал с меньшей твердостью царапается более твёрдым, первый же, в свою очередь, не оставляет повреждений на втором; минералы с равной твердостью царапают друг друга, хоть и слабо.

Упомянутый гранит имеет в своем составе полевые шпаты с твердостью 6, кварц с твёрдостью 7 и слюды с твёрдостью 2,5-3. И какая характеристика твёрдости будет у породы? Усреднённая? Так участки со слюдой будут царапаться, выковыриваться стальной иглой, а вот кварц ей не поддастся. Еще сложнее дело будет обстоять с породой имеющей поры. Песчаник, состоящий практически полностью из кварца с твёрдостью 7 мы, тем не менее, вполне сможем оцарапать стальным ножом (твёрдость ~6) или даже медным зубилом (тв.~3-3.5) за счет выкрашивания слабо сцементированных кварцевых зёрен.

Поэтому твердость слагающих породу минералов хоть и важна, но занимает отнюдь не первое место в списке характеристик породы при камнеобработке. Гораздо более информативна крепость породы – это комплексная характеристика сопротивляемости породы разрушению. Есть множество классификаций крепости пород, в России наиболее применяема классификация Протодьяконова. Для определения коэффициента крепости по Протодьяконову кусок испытуемой породы подвергают дроблению путем сбрасывания на него гири весом 2,4кГ с высоты 0,6 м. Число сбрасываний гири делится на объем полученной мелкой фракции и умножается на 20 – это и будет искомый коэффициент f.

Крепость породы зависит как от крепости слагающих ее минералов, так и от характера их срастания и даже от крупности зерен. В общем случае, крепость тем выше, чем крепче слагающие ее минералы, чем мельче их зерна и чем теснее и хаотичнее они срастаются между собой. Крепость же минералов зависит от кристаллической структуры и характера химических связей. От этого же зависит и твердость, но связь между крепостью и твердостью даже у минералов отнюдь не линейна. Особенно влияет на крепость такое свойство как спайность – способность минералов легко расщепляться в определенных направлениях с образованием гладких поверхностей, чем-то это похоже на то, как расщепляется по волокнам древесина. Проявлена она и у весьма твердых минералов, таких как топаз или даже алмаз. Последний, будучи самым твердым веществом на земле, тем не менее, может быть относительно легко расколот молотком. Собственно, крупные алмазы перед огранкой для получения нужной формы именно раскалывают, а не пилят.

Обратная ситуация с нефритом, состоящим из плотных спутанно-волокнистых масс актинолита и тремолита. Эти минералы относительно «мягкие» - 5-6 по Моосу, однако, нефрит очень крепок и в классификации Протодьяконова оказывается в 1-й, самой сложной категории. Поэтому главными методами его обработки являются абразивная резка и полировка.

Что касается гранитов, то они нередко оказываются одинаковой крепости с известняками и песчаниками и, соответственно, могут обрабатываться ударным инструментом с близкой результативностью, например, валунами крепкого долерита.
***

Справочная информация для заинтересовавшихся глубинно

Коэффициент крепости f по шкале М. М. Протодьяконова

***

ПОРОДЫ ГОРНЫЕ Метод определения коэффициента крепости
по Протодьяконову

ГОСТ 21153.1-75* Взамен ГОСТ 15490-70 в части разд. III

*Переиздание ноябрь 1981 г. с Изменением № 1, утвержденным в июле 1981 г. (ИУС № 9-1981 г.)

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт распространяется на твердые горные породы и устанавливает метод определения коэффициента их крепости по Протодьяконову для классификации пород по этому показателю и использования его в технической документации при расчетах и проектировании горных работ, горного оборудования, а также при проведении научно-исследовательских работ.

Сущность метода заключается в определении коэффициента крепости, который пропорционален отношению работы, затраченной на дробление горной породы к вновь образованной при дроблении поверхности, оцениваемой суммарным объемом частиц размером менее 0,5 мм.

1. ОТБОР ПРОБ

1.1. Отбор проб - по ГОСТ 21153.0-75.

2. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

Для определения крепости горных пород применяют:

прибор определения крепости ПОК (см. чертеж), состоящий из стакана 1, вставленного в него трубчатого копра 2, внутри которого свободно помещается гиря 3 массой 2,4 ± 0,01 кг с ручкой 4, привязанной к гире шнуром. Трубчатый копер имеет в верхней части отверстия, в которые вставляются штифты 5, ограничивающие подъем гири. В комплект прибора входит объёмомометр, состоящий из стакана 6 и плунжера 7 со шкалой измерений с диапазоном показаний от 0 до 150 мм вдоль его продольной оси; сито с сеткой № 05 по ГОСТ 6613-73 для просеивания породы после дробления.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

3.1. Отобранную пробу горной породы раскалывают молотком на твердом основании до получения кусков размером 20 - 40 мм. Из измельченного материала пробы отбирают двадцать навесок массой 40 - 60 каждая.

3.2. Число сбрасывания гири на каждую навеску устанавливают при дроблении первых пяти навесок.

3.3. Каждую навеску отдельно дробят в стакане гирей, падающей с высоты 60 см. Число сбрасываний гири принимают в зависимости от ожидаемой крепости породы, обычно от 5 до 15 сбрасываний на каждую навеску.

Примечания:

1. При очень мягких породах число сбрасываний может быть сокращено до 1, а при очень крепких - увеличено до 30.

2. При дроблении стакан с вставленным в него трубчатым копром обязательно устанавливают на жесткое массивное основание: железобетонный или асфальтированный пол, стальную плиту (массой не менее 20 кг, толщиной около 10 см).

(Измененная редакция, Изм. № 1).

3.4. Правильность выбранного режима испытания контролируют после просеивания первых пяти раздробленных навесок на сите до прекращения выделения подрешетного продукта и замера его объема в объемомере. При получении столбика мелочи высотой 20 - 100 мм по шкале плунжера число сбрасываний на каждую навеску сохраняют для оставшихся пятнадцати навесок. При меньшей или большей высоте столбика мелочи в объемомере число сбрасываний корректируют соответственно в большую или меньшую сторону.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

4.1. Оставшиеся пятнадцать навесок дробят в приборе последовательно в установленном режиме испытания: при постоянном числе сбрасываний гири n и высоте подъема гири 60 см.

4.2. После дробления каждых пяти навесок их просеивают на сите, подрешетный продукт сита ссыпают в объемомер, замеряют плунжером высоту столбика мелочи и записывают ее.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1. Коэффициент крепости горной породы (f) вычисляют по формуле

где 20 - эмпирический числовой коэффициент, обеспечивающий получение общепринятых значений коэффициента крепости и учитывающий затраченную на дробление работу;

n - число сбрасываний гири при испытании одной навески;

h - высота столбика мелкой фракции в объемомере после испытания пяти навесок, мм.

5.2. За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое результатов четырех определений.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

***

И объёмомометр вам в помощь…