Основой сырья для производства цементно - и асфальтобетонов, строительства оснований автомобильных дорог являются традиционные изотропные горные породы - граниты, базальты, песчаники, известняки и т.д., месторождения которых имеют ограниченное распространение.
В то же время, в связи с внедрением мощных горнодобывающих комплексов в ведущих государствах мира в зону горных работ при разработке месторождений полезных ископаемых попали миллиарды тонн нетрадиционных для стройиндустрии анизотропных пород сланцеватой, полосчатой, слоистой и др. текстур, широкомасштабное использование которых тормозится отсутствием методологических основ проектирования и производства строительных материалов на этом сырье.
К анизотропным мы относим горные породы, один из показателей которых (предел прочности при сжатии, изгибе, растяжении, коэффициент линейного расширения, электропроводность и т.д.) перпендикулярно сланцеватости (полосатости, слоистости) больше этого параметра параллельно указанного направления в 1,2 и более раз. Подобные природные образования встречаются среди всех основных типов сырья, но наибольший практический интерес для дорожного строительства представляют регионы распространения метаморфических пород.
Образование этих пород связано с различными процессами:
- осадконакопления с ритмичным чередованием изотропных кварца, кальцита, полевых шпатов, с минералами пластинчатой, чешуйчатой или игольчатой формы;
- метаморфизма - за счет формирования пород под действием высоких температур (400 - 1100?С), флюидов и одностороннего давления, при которых минералы в основном пластинчатой и чешуйчатой формы располагаются взаимопараллельно предопределяя анизотропию свойств;
-реже встречаются анизотропные породы магматического происхождения. Зависимость свойств от направления у которых связано с ритмичным изменением состава и свойств магмы и лавы и образованием горных пород с полосчатой текстурой.
Предел прочности при сжатии перпендикулярно сланцеватости (полосатости, слоистости) пород анизотропного строения выше прочности параллельно сланцеватости в 1,2 -3 раза.
Существенно отличается в зависимости от направления исследования коэффициент линейного расширения, электропроводность, теплопроводность и т.д.
Отсутствие прямой зависимости между коэффициентом анизотропии и количеством зерен лещадной формы объясняется особенностями текстуры изучаемых горных пород.
На основе отождествления свойств анизотропных пород со случайным вектором Vi =(xj;y), где хj; у - замеры показателей в направлениях соответственно параллельном и перпендикулярном сланцеватости (полосатости, слоистости), разработана математическая модель, представляющая собой математические ожидания значений исследуемых свойств в направлениях замеров,
где n=(cos, sin ) - единичный вектор направляющих косинусов, определяющий направление замеров ;
-вектор направляющих косинусов, полученных путем транспортирования вектора n ;
- тензор второго ранга, который при выбранных направлениях представляется неособенной диагональной матрицей М;
[Vx]2,[Vy]2 - квадраты средних значений исследуемых показателей соответственно в направлениях параллельно и перпендикулярно сланцеватости (полосатости, слоистости).
Тензор М является полной и исчерпывающей характеристикой анизотропии исследуемого физико- механического или технологического свойства.
На основе математической модели и механофизики разрушения разработаны принципы технологии дробления анизотропных горных пород, реализация которых позволила снизить количество в щебне зерен лещадной формы в 1,8 - 2 раза.