Кубовидный щебень в строительстве автодорог
Обновлено: 01.05.2024
Щебень — чрезвычайно востребованный строительный материал, который производится путем дробления твердых горных пород (диабазовых, граббо-диабазовых, гранитных), валунов и гравия, искусственного камня, отходов металлургического производства. Щебень используется в различных сферах строительства, его применяют:
- в качестве материала для различных строительных смесей;
- как наполнитель для железобетонных плит и конструкций;
- для строительства и ремонта трамвайных линий, ж/д насыпей, подушек автомобильных дорог;
- при закладке фундамента для будущего строительства и т.д.
Качество щебня зависит от многих его характеристик и, в первую очередь, от формы и размера зерен, то есть от лещадности и размеров каждой фракции материала . Сегодня мы поговорим о лещадности щебня и выясним, от чего она зависит и как влияет на качество материала.
ЛЕЩАДНОСТЬ ЩЕБНЯ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Лещадность щебеночного материала — это физический параметр, определяющийся плоскостными размерами каждой частицы в составе щебня. Проще говоря, лещадность — это процентное содержание в определенном объеме щебня плоских (игловатых или пластинчатых) частиц, существенно ухудшающих эксплуатационные характеристики материала.
Определение «лещадность» произошло от названия рыбы «лещ», которая является плоской. Лещадный — плоский, как лещ.
Что представляют собой игольчатые и пластинчатые частицы щебенки, думаем, понятно из названия: игловатые/пластинчатые зерна имеют длину, в три и более раза большую, чем толщину/ширину соответственно. Чем выше лещадность щебенки, тем ниже качество самого материала, и объяснение этому вполне простое. Щебень, форма частиц которого приближена к кубической или сферической, отлично утрамбовывается, обеспечивая тем самым повышенную прочность будущей конструкции. А вот пластинчатые и игольчатые зерна, в большом количестве находящиеся в щебенке, просто физически не способны плотно прилегать друг к другу, как бы тщательно их ни утрамбовывали, к тому же они достаточно хрупкие и под воздействием нагрузок легко ломаются. Результат очевиден: используя в строительстве щебень с высокой лещадностью, вы в конечном результате получите пустотелую конструкцию, прочность и износостойкость которой будут, мягко говоря, не на высоте.
ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ ЛЕЩАДНОСТЬ ЩЕБЕНОЧНОГО МАТЕРИАЛА
В любом щебне, хотим мы того или нет, присутствуют игольчатые и пластинчатые зерна. А вот их количество, то есть лещадность материала, зависит от структуры горной породы и способа получения щебенки. Щебень с наименьшей лещадностью получают из гранита, граббо-диабаза и диабаза: в результате дробления этих пород образуется щебенка с зернами преимущественно кубовидной формы. Не менее важен и метод получения щебенки:
- дробление породы посредством сдвига и сжатия приводит к образованию большого количества «лещадных» зерен;
- Использование дробилок ударно-отражательного действия дает производителям данного строительного материала возможность получить высококачественный «кубовидный» щебень.
ВИДЫ ЩЕБНЯ С УЧЕТОМ ЕГО ЛЕЩАДНОСТИ
На сегодняшний день ГОСТ по показателям лещадности выделяет пять групп щебенки:
- Первая группа — кубовидный щебень. Показатель лещадности не выше 10 %.
- Вторая группа — улучшенный дробленый камень. Количество лещадных зерен в щебне этой группы варьируется в пределах 10-15 %.
- Третья группа — обычный щебень, содержащий 15-25 % игольчатых и пластинчатых частиц.
- Четвертая группа — щебенка обычной обработки с показателем лещадности 25-35 %.
- Пятая группа — низкосортный строительный щебень с лещадностью 35-50 %.
Наиболее востребованными в строительстве являются первая и вторая группы, третья-четвертая — это, так сказать, эконом-вариант, а вот щебень пятой группы практически не применяют, разве что при закладке грунтовых дорог и строительстве временных сооружений. Каждый из вышеперечисленных видов щебеночного материала имеет свои показания к применению, поэтому покупать щебень лучше в компании, предлагающей потенциальным заказчикам широкий выбор материала.
Кубовидный щебень – это самая востребованная форма щебня в любой отрасли строительства. Кубовидным называется щебень с низкими показателями лещадности и формой зерен близкой к кубической или сферической. В составе любой строительной смеси (асфальтобетонная, бетонная) такой щебень лучше утрамбовывается или укатывается при укладке. Зерна каменного наполнителя плотно прилегают друг к другу за счет отсутствия в составе зерен пластинчатой или игольчатой формы. Смесь имеющая в своем составе щебень кубовидной формы в дальнейшем при застывании будет иметь повышенную прочность и износостойкость. Пластинчатые и игольчатые зерна в составе конструкции, в свою очередь, могут быстро сломаться и искрошиться под интенсивными нагрузками.
На сегодняшний день ГОСТ по показателям лещадности выделяет пять групп щебенки:
- Первая группа — кубовидная форма щебеня. Содержание зерен пластинчатой и игольчатой формы не более 10 %.
- Вторая группа — улучшенный форма щебня. Содержание зерен пластинчатой и игольчатой формы в пределах 15 %..
- Третья группа — обычный щебень, не более 25 % зерен пластинчатой и игольчатой формы в составе.
- Четвертая группа —лещадность 25-35 %.
- Пятая группа — щебень низкого качества с лещадностью до 50 %.
Приготовление высокоплотных и плотных асфальтобетонных смесей марки I, возможно только из кубовидного щебня первой группы. Кроме того, для производства строительных железобетонных изделий и конструкций, используется преимущественно именно кубовидный щебень первой группы.
Лещадность щебня, получаемого в процессе производства, зависит от двух основных факторов:
- Качество исходного сырья, используемого для получения щебня;
- Используемая технология дробления горной породы.
Кубовидный щебень получают из магматический или изверженных пород: гранит, диабаз, базальт, габбро.
В технологии дробления горной породы для получения щебня, используются дробилки различных конструкций. Очень часто высокая лещадность щебня, полученная на том или ином заводе можно объяснить отсутствием нового современного оборудования для дробления. Использование дробилок, работающих по принципу сжатия (щековые дробилки) или по принципу сдавливания между конусами (конусные дробилки) ведет к образованию большого количества зерен игольчатой и пластинчатой форм.
Для улучшения качества зерен щебня на последующих стадиях дробления целесообразно использовать роторные центробежные дробилки. Принцип дробления «камень о камень» под воздействием центробежной силы, позволяет получить очень качественный материал даже мелких фракций. Принцип соударения каменных частиц (и ударение о каменную самофутеровку) позволяет избавляться от тонких и хрупких зерен лещадной формы.
Степень дробления роторной центробежной дробилки регулируется скоростью вращения ротора. Конструкция дробилки позволяет работ в режиме кубозатора. В таком режиме не увеличивается мелкость помола, а соударение позволяет избавляться от частиц плоской и игольчатой формы. К сожалению у этой технологии есть свои минусы. Более половины материала дробления уходит в отсев.
Очевидно, что качественный кубовидный щебень это продукт не дешевый. Использовать этот строительный материал целесообразно в сооружения, при эксплуатации которых требуется повышенная прочность и износостойкость.
Щебень является одним из основных материалов, используемых в дорожном строительстве. К свойствам щебня выдвигаются самые высокие требования, поскольку от качества и свойств материалов, используемых при строительстве автомобильной дороги зачастую зависит безопасность движения по ней в будущем.
При строительстве автомобильной дороги используются два существующих основных вида щебня: известняковый и гранитный.
Известняковый щебень, как менее прочный материал используют при строительстве оснований. Данный слой дорожной одежды меньше подвержен нагрузкам, по сравнению с верхними слоями покрытия. Щебень из известняковых и доломитовых пород применяется крупных фракций и хорошо уплотняется. Известняковый щебень, используемый для дорожного строительства должен выдерживать 150 циклов заморозки-разморозки (F-150), по прочности должен быть не нижем марки М(600)800. Желательно, что бы зерна щебня имели кубовидную форму. Щебень при устройстве оснований укладывают методом заклинки – смешение щебней крупной и мелкой фракции для последующего эффективного уплотнения.
Все же в наибольшем объеме в дорожном строительстве применяется гранитный щебень. Морозостойкость данного вида щебня существенно превышает морозостойкость щебня из известняковых пород (F-400 против F-150). Марка по прочности гранитного щебня также больше почти в два раза: M1400. Гранитный щебень использует в верхних слоях дорожной одежды. Следует отметить, что требования по радиоактивности щебня из изверженных пород в дорожном строительстве на порядок ниже, чем, например, при строительстве гражданском.
В последние годы в дорожном строительстве приобретает популярность использование щебня, получаемого из отходов металлургического шлака (ферросплавный щебень). Конечно характеристики такого щебня ниже, чем у его природных аналогов. При использования такого вида «вторичных» щебней важна экономическая составляющая. Шлаковый щебень намного дешевле даже известнякового щебня.
Одним из вариантов дорожного покрытия для дорог с невысокой интенсивностью движения является покрытия из так называемого «черного» щебня. В процессе производства щебень разогревается до 120 градусов и обрабатывается битумом или битумной, дегтевой эмульсией. Укладывается дорожное покрытие из «черного щебня» холодным и уплотняется методом заклинки (смешение в процессе укладки и уплотнения мелких и крупных фракций.
Всего на дорожное строительство в России уходит до 70 млн. кубических метров ежегодно.
Щебень для дорожных работ – это материал, к которому предъявляются повышенные требования. Ведь от его качества будет зависеть безопасность автомобилистов и затраты на ремонт дороги. Почти половина стоимости любого дорожного полотна приходится на щебень. Без этого материала невозможно построить качественное покрытие.
Применение щебня в дорожном строительстве
Для начала скажем, что у этого материала есть несколько названий:
- Дорожный щебень
- Щебень для дорог
- Щебень дорожной фракции
- Дорожная щебенка
Щебень используется на всех этапах дорожного строительства и для любого типа покрытий. Он обеспечивает прочность полотна, его устойчивость к износу. Также материал необходим для ремонтных работ.
Вот основные сферы его применения:
- Для строительства грунтовых дорог
- Для строительства асфальтированных дорог
- Для строительства железных дорог
- Для производства асфальта
Далее мы расскажем о том, какими свойствами должен обладать данный материал.
Что еще важно при выборе щебня
В дорожном строительстве используется много разновидностей щебня. Они отличаются между собой ценой и рядом характеристик. Перед выбором следует хорошо просчитать, где можно сэкономить, а где лучше потратить деньги и купить надежный и долговечный материал. Ведь для временных подъездов существуют одни требования, а для трасс с большим трафиком – совсем другие.
При выборе щебня следует учитывать следующие характеристики:
- Прочность
- Истираемость
- Морозостойкость
- Форму зерен (лещадность)
- Содержание зерен слабых пород
- Содержание глинистых частиц
Дальше вы узнаете подробнее, как выбирать щебень, ориентируясь на его свойства.
Прочность
Чем прочнее материал, тем дороже он стоит. Но во время строительства автомагистралей, мостов, путепроводов экономить не следует. Для таких работ рекомендуется брать щебень с маркой по дробимости М1200-М1400. Показателю соответствуют гранит, амфиболит и габбро (хотя последний встречается реже). Похожие характеристики имеет серпентинит, но в нем попадается больше лещадных зерен, и он доступен не во всех регионах.
Для обычной дороги со средним трафиком подойдет материал с прочностью М800-М1000. Он выдерживает достаточно большие нагрузки и стоит меньше. Грунтовые дороги и обочины можно смело засыпать щебнем с показателем М600-М1000 (диорит, известняк и мрамор). Он также подойдет для обустройства временных подъездов. Если предусматривается, что по таким дорогам будет ездить тяжелая техника, стоит искать более прочный материал.
Истираемость
Под этой характеристикой понимают устойчивость материала к динамическим нагрузкам. Она очень важна для щебня, используемого в асфальте. Чем меньше истираемость, тем дольше прослужит покрытие.
Для верхних слоев дорог, трасс с интенсивным трафиком, железнодорожного балласта следует покупать материал с истираемостью И1. Такой показатель имеют гранит, амфиболит, некоторые сорта диорита и серпентинита.
Для оснований дорог 3-5 категории, с невысоким трафиком, можно взять материал с истираемостью И2-И3. Такой показатель у известняка, мрамора. Щебень из этих пород стоит не очень дорого и хорошо подойдет для засыпки обочин, грунтовых дорог в сельской местности.
Морозостойкость
Все замечали, что после зимы дорожное полотно просто «сползает». На нем появляются широкие трещины и ямы. Это связано с использованием материалов (включая щебень) с низкой морозостойкостью. При замерзании вода расширяется и разрушает покрытие. Не менее важен показатель и для балласта на железной дороге. Если он разрушится под воздействием низких температур, то перестанет выполнять свою функцию.
Чтобы не тратить лишние деньги на ремонт, следует применять материал с показателем не ниже F100. Он сможет выдержать до 100 циклов замораживания и размораживания. Еще лучше брать щебень с морозостойкостью F300-400. Такими свойствами обладают гранит, диорит, серпентинит.
Форма зерен (лещадность)
Лучшими характеристиками обладает кубовидный щебень. Он хорошо уплотняется, между отдельными частицами почти не остается промежутков. Идеально кубических зерен не бывает – в процессе дробления породы получаются куски разных форм. Кубовидной фракцией называют те зерна, которые имеют примерно равную длину и ширину. При покупке следует обращать внимание, нет ли в щебне большого количества плоских или игловидных зерен. Они называются лещадными, снижают прочность и плотность.
Для оснований трасс, железнодорожного балласта содержание плоских частиц не должно превышать 10-15% (первая и вторая группа). Если этот показатель будет выше, то зерна в процессе эксплуатации дороги уплотнятся, что повлечет за собой деформацию верхних слоев – вплоть до разрушения дорожного полотна..
Кубовидный щебень. Этот термин не так давно вошёл в употребление. Сейчас любая компания, начинающая строительство нового дробильного завода или модернизацию существующего, задаёт себе вопрос: “а что с кубовидным щебнем, будет ли он у нас?”.
Но давайте начнём с самого начала. Кубовидный щебень, что это? Во многих республиках СНГ, подписавших ГОСТ 8267-93 - это щебень первой группы, содержание лещадных зёрен в котором не более 10% (на Украине, кстати, согласно стандарта ДСТУ Б В.2.7-74-98 первая группа до 10% - это окатанный щебень, а кубовидный имеет лещадность до 15%). Лещадными же по ГОСТу называются зёрна, “толщина или ширина которых менее длины в три и более раза”. Но это еще не все, по ГОСТ 8269.0-97, описывающему способы испытания щебня, есть два способа проверки щебня на лещадность: “методом визуальной разборки” и “определение на щелевидных ситах”. Как-то всё неоднозначно с определениями получается, не находите?
Кто потребитель кубовидного щебня? На сегодняшний день, увы, в основном это только государство, а точнее федеральный бюджет, так как в большинстве случаев он идёт на строительство федеральных дорог, где есть строгие условия по качеству используемого щебня, а именно допускается только первая группа. Кубовидный щебень делает дорожное покрытие лучше, долговечнее, шум меньше, бетон прочнее и выносливее. Казалось бы использование его должно было бы быть более интенсивным, но, увы, как было написано в одной аналитической статье у наших ДРСУ слишком много техники для ремонта дорог. Есть ещё ответственное строительство: высотные здания, мосты, дамбы гидроэлектростанций, но его объём не так велик. Подходим к основной части. Как, а точнее, на каком оборудовании производится кубовидный щебень или, как ещё говорят “щебень улучшенного качества”? Промышленно применяемых способов сейчас существует два:
1. Конусные дробилки на последней стадии дробления, дробящие материал в стеснённом слое. Такая технология позволяет добиться снижения лещадности до 15%.
| Достоинства | Недостатки |
|---|---|
| меньшие требования к внимательности со стороны персонала; более длительный срок без необходимости замены быстроизнашиваемых частей по сравнению с ударным способом; меньшее количество отсева (переизмельчения) по сравнению с ударным способом; компактные габариты. | более сложное обслуживание; необходимо поддерживать работу дробилки под завалом (решается небольшим бункером накопителем перед дробилкой); при износе быстроизнашиваемых деталей меняется размер готового продукта и его качество; сохраняется высокая лещадность в мелких фракциях, несмотря на нормативные показатели в целевой фракции. |
2. Ударный способ. Осуществляется на центробежных дробилках (роторные дробилки с вертикальном валом, VSI). Иногда для этого приспосабливают обычные роторные дробилки (роторная c горизонтальным валом), что приводит к увеличенному расходу быстроизнашиваемых элементов, но позволяет иметь меньшие начальные капиталовложения по сравнению с центробежной и конусной дробилками, и этим подкупает потенциальных пользователей.
| Достоинства | Недостатки |
|---|---|
| простота конструкции и, как следствие, простота обслуживания; износ быстроизнашиваемых элементов не влияет на качество или крупность готового продукта; достигается небольшое упрочнение щебня после дробления, связанное с устранением слабых зерен и трещиноватости оставшейся с предыдущих стадий дробления; получение большего количества щебня мелких классов стоимость которого выше; позволяет получить содержание лещадных зерен во всех фракциях гарантировано до 10%. | большее количество отсева, что для мест с затрудненным доступом к природному песку становится преимуществом: на дробилках увеличивают скорость вращения ротора, иногда даже используются отбойные плиты, а не применяют самофутеровку, и в результате получают большее количество мелких классов; требуется существенно более частая замена быстроизнашиваемых элементов (при небольшом времени на замену и соразмерных удельных затратах на стоимость заменяемых элементов при сравнении с соответствующими конусными дробилками); удельные энергозатраты выше по сравнению с дроблением на конусной дробилке на 20-50% (если ударный способ используется как мелкое дробление, заменяя соответствующую конусную). |
В завершении этой части несколько экзотических способов борьбы с лещадностью:
- улучшенная форма при дроблении на щековой дробилке со специально изменённой формой брони;
- грохота с щелевидными ситами;
- сепарация в воздушном слое.
Таким образом, важно понимать, что решение о производство кубовидного щебня должно быть обдуманным и нацеленными на перспективу, так как оно сопряжено с дополнительными расходами и энергозатратами.
Читайте также: