Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Cтроительство грандиозного 19-километрового моста через Керченский пролив Азовского моря, который должен соединить Республику Крым и Краснодарский край, потребует миллионы тонн инертных строительных материалов со специальными характеристиками. Так, для обеспечения оптимальных экологических условий (облегчения нерестовых проходов рыбы, сохранения имеющегося здесь биоценоза) необходимы подходящие виды материалов для экологического укрепления придонной поверхности, которые предотвратят заиливание и размыв поверхности под технологическими мостами.

В этой связи актуальна задача определения возможности использования продукции крымского Шархинского щебеночного карьера из плагиогранит-порфиров для укладки на поверхности дна под мостовыми техническими переходами строящегося моста через Керченский пролив. Выбор объекта исследования обусловлен отсутствием добычи обычных, не размокающих гранитов или крепких песчаников, подходящих для указанных целей, в обоих регионах, соединяемых Керченским мостом, – как в Республике Крым, так и в Краснодарском крае. К тому же, Шархинский щебеночный карьер является самым крупным в Крыму.

Цель исследования – определить физико-механические характеристики плагиогранит-порфиров для целей укрепления берегов Керченского полива и применения в других областях.

Результаты исследования и их обсуждение

Прочность щебня из данной разновидности плагиогранит-порфиров не вызывает сомнений, однако в их составе имеются и редкоземельные элементы, и в принципе растворимые оксиды натрия и калия, доля которых составляет 1,5-7,0 %. В связи с этим необходимо оценить пригодность данных гранитоидов для выстилки придонной поверхности технических переходов по дну Азовского моря и собственно – моста.

Шархинское месторождение плагиогранитов расположено в 17 км к юго-западу от г. Алушты. Карьер представляет собой систему горных выработок, вытянутых с юго-запада на северо-восток до 600 м и шириной до 300 м. Шархинский карьер, основанный в 1974 году, является крупнейшим предприятием Крыма по добыче бутового камня (более 70 % общего объема производства), щебня и песка. В настоящее время он способен обеспечить их годовой выпуск до 1,5-2 млн. м³ по следующей базовой номенклатуре: щебень фракций 3-20 мм, 5-20 мм, 15-35 мм и 20-40 мм; бут отборный фракций 150-500 мм и 0-1500 мм; песок гранитный(фракция 0,16-5 мм) и отсев гранитный(фракция 0-5 мм). Также на предприятии разработана гибкая система расчетов и особые условия сотрудничества для постоянных заказчиков – формирование ассортимента продукции по фракциям в зависимости от их заявок.

Продукция карьера используется строительными организациями для приготовления бетонов, строительных растворов, дорожного асфальтобетона, оснований для дорожных покрытий и берегоукрепительных работ черноморских пляжей, песок и галька которых весьма подвижны из-за береговых течений и зимних штормов.

Обширный поиск в интернете и специальной геологической литературе информации о петрографии, химических и физических свойствах плагиогранит-порфиров, проведенный специалистами ЗАО ФПК «ИНВЕСТТЭК», около 20 лет занимающихся продукцией гранитных и гранитоидных щебней показал, что задача оценки прочности щебней в морской воде в России еще не ставилась, а специальные исследования по ее решению не проводились. Это объясняется тремя причинами:

а) для строительства портов почти, как правило, использовались явно не размокавшие виды щебня из гранитоидов, песчаников или других крепких пород без критичных включений размокающих частиц;

б) широкой доступностью высококачественных гранитных щебней в России (и на Украине), но сегодня их привоз в рассматриваемый регион экономически явно вдвое, или даже более, был бы дороже, чем использование местного щебня Шархинского карьера плагиогранит-порфиров;

в) нежелательные примеси оксидов в данном минеральном сырье имеют чаще всего внутриструктурный характер, находясь в кристаллизированной устойчивой форме. Это положение подтверждается и практикой успешного применения бутового камня из Шархинских плагиогранит-порфиров для укрепления берегов черноморских пляжей.

Согласно качественной характеристике плагиогранит-порфиров Шархинского карьера, здесь разрабатываются измененные процессами выветривания плагиогранит-порфиры, приуроченные к куполообразному магматическому интрузивному массиву кислого состава. Кастельские плагиогранит-порфиры представляют собой светло-серую с голубовато-зеленоватым оттенком тонкозернистую породу, обладающую плотным сложением.

Петрографическая характеристика и прочностные свойства минерального сырья по данным Шархинского карьера следующие. Плагиогранит-порфиры обладают гранит-порфировой структурой с мелкозернистой основной массой, для которой характерно гипидиоморфно-зернистая микроструктура [4-6]. Порфировые вкрапленники образованы в большинстве случаев зернами плагиоклаза, реже чешуйками биотита. Усредненный минералогический состав: плагиоклаз – 67 %, в том числе, во вкрапленниках – 13 %, кварц – 17,7 %, биотит и хлорит – 8 %, карбонат и серицит – 7 %, рудные – 0,3 %. Включения нежелательных примесей, перечисленных ГОСТ 23845-86 (магнетит, пирит, апатит), в данных породах находятся в виде единичных зерен. Биотит и хлорит встречаются по всей массе в виде мелких чешуек 0,2-0,1 мм, реже в порфировых вкрапленниках размером до 3 мм. Содержание их в породе от 4 до 10 %.

Таким образом, щебень Шархинского карьера соответствует требованиям как стандарта Украины ДСТУ БВ 2.7-75-98 ТУ, так и межгосударственного стандарта стран СНГ ГОСТ 8267-93 ТУ и обладает следующими физико-механическими свойствами:

- марка по прочности – 1400; марка по морозостойкости – F 200-300; содержание пылевидных частиц – до 2,0 %; содержание глинистых частиц – нет; содержание глины в комках – нет; форма зерна – окатанная; содержание зерен пластинчатой и игловатой формы – до 5,0 % вкл.; радиационное качество – 1 класс (применение в промышленном и гражданском строительстве без ограничения).

Таблица 1

Химический состав

Таблица 2

Физико-механические свойства

Среди опубликованных результатов анализов петрографического и химического составов месторождений гранитоидных щебней для целей получения щебня положительно выглядят кастельские плагиограниты Крыма. Наибольшим из разрабатываемых является Шархинский карьер. Гранитоиды кастельского комплекса наиболее полно изучены одним из авторов настоящей статьи [2-4]. В указанном исследовании анализировались плагиограниты Крыма и с точки зрения оценки концентраций редких и тяжелых металлов, которая гипотетически может быть экологически опасной. Установлено, что плагиограниты данного типа высоких концентраций этих металлов не имеют. Содержания наиболее экологически опасных элементов первого, второго и третьего классов опасности (ртути, бериллия, свинца, бария и других) в плагиогранит-порфирах Шархинского карьера имеют очень низкие уровни. Они намного ниже средних содержаний этих элементов в гранитоидах и в литосфере континентального типа земной коры. Химический состав породных типов кастельского комплекса характеризуется следующим показателями: известково-щелочной состав при сумме щелочей (Na2O+K2O) от 4,05 до 7,21 % и преобладании Na над K; коэффициент магнезиальности пород низок (вариации Mg# от 0,15 до 0,38); отношение U/Th повсеместно меньше 1 (от 0,17 до 0,47) и указывает на относительную не измененность наложенными процессами. Отношения (La/Yb) повышенны (вариации от 4,11 до 6,5), указывающие на дифференцированный тип распределения РЗЭ.

Керченский пролив – место соединения Черного и Азовского морей– является зоной тектонических разломов с возможной сейсмической активностью до 9 баллов. Дно пролива покрыто илом мощностью до 1,5 м, а сам грунт дна неустойчивый, сложен глинами и ракушечниками [7-9]. Поэтому конструкции моста должны быть значительно углублены относительно донной поверхности.

По проекту строительства технологических переходов (мостов) будет три: между Таманским полуостровом и островом Тузла, между этим островом и судоходным каналом Керченского пролива, а от него на Керченскую сторону. Вначале переходы сооружаются забивкой трехрядной полосы стальных труб с их углублением до 75 м. В ходе этих работ длина их погружения и диаметр уточняются. Сваи погружаются как вертикально, так и с заложением под определенным уклоном для большей сейсмической устойчивости.

Выводы

Таким образом, поскольку заглубление несущих свай мостовых переходов и самого моста составит 50-70 м, то придонный слой бутового камня со щебнем должен выполнять, главным образом, экологическую роль – противостояния размыву песчаной поверхности пролива и накоплению ила. Одновременно смесь бутового камня и щебня благоприятствует сохранению биоценозов поверхности дна пролива, так как задерживает его перенос течениями. Содержания наиболее экологически опасных элементов первого, второго и третьего классов опасности (ртути, бериллия, свинца, бария и других) в плагиогранит-порфирах Шархинского карьера имеют очень низкие уровни (рис. 1). Они намного ниже средних содержаний этих элементов в гранитоидах и в литосфере континентального типа земной коры по [1].

Рис. 1. Диаграмма коэффициентов концентрации некоторых элементов в гранитоидах Шархинского карьера

Коэффициент концентрации – это отношение содержаний в конкретных гранитах к среднему содержанию в известково-щелочных гранитах по Л.В. Таусону [10]. В кружках номерами обозначены граниты Шархинского карьера: 1 – плагиограниты, 2 – плагиогранит-порфиры, 3 – дайка плагиогранит-порфира.

Гранит-порфиры обладают хорошим качеством в виде полировок, что позволяет их использовать в качестве облицовочного материала (рис. 2). Смотрибельность у них прекрасная. Они могут использоваться и в качестве ритуальных изделий.

Рис. 2. Полировка кастельских гранит-порфиров

Особо необходимо отметить, что после включения полуострова в состав России Крым был объявлен свободной экономической зоной (СЭЗ) до 2040 года с правом продления, а инвестиционные проекты его участников получили серьезные преференции и налоговые льготы. Самые значимые – отсутствие налога на имущество сроком на десять лет, в первые три года деятельности максимальная ставка налога на прибыль составляет всего 2 %, а с 2015-го по 2016 год налоговая ставка при упрощенной системе налогообложения и вовсе равняется 0 %, правда, через пять лет она составит 4 %. Кроме того, участникам СЭЗ предоставляется ряд льгот в сфере страховых отчислений – в течение десяти лет страховые взносы с зарплат будут отчисляться по ставке 7,6 %.

Эти льготы подкреплены крупным бюджетным финансированием Программы социально-экономического развития Республики Крым и города Севастополя до 2020 года, иллюстрирующим значимость нового региона для России: «Общий объем финансирования программы на 2015-2020 годы – 708,05 млрд рублей, в том числе за счет средств федерального бюджета – 679,66 млрд рублей, за счет средств внебюджетных источников – 28,39 млрд рублей», – говорится в этом документе. Речь идет о финансировании «энергетического комплекса, инженерной инфраструктуры, транспортного комплекса, социальной сферы, комплекса связи и массовых коммуникаций, а также формирования промышленного комплекса и туристско-рекреационных кластеров».

Учитывая затратность транспортировки стройматериалов можно прогнозировать, что бутовый камень и щебень, произведенные в республике Крым, будут экономически более эффективными по сравнению с каменными материалами соседних регионов России.

Такую точку зрения выразил и глава Росавтодора Р. Старовойтов, отвечая на вопросы ДорИнфо: «Инертные материалы для стройки будут поставляться из регионов Юга России. Песок и камень потребуется в довольно больших объемах. Стоимость этого материала не высока и на ценообразование здесь больше действует логистика.

Другая сторона применения свежих плагиогранит-порфиров кастельского комплекса сводится к использованию их в качестве облицовочного материала и изготовление различных поделок (полировок), а также для ритуальных изделий.