Особенности производства щебня, используемого в дорожном строительстве

Щебень – наиболее востребованный строительный материал, используемый в гражданском и дорожном строительстве. Качеству материала придается особое значение при устройстве внешних слоев дорожного покрытия, на которые приходятся большие механические нагрузки при движении автотранспорта, воздействуют внешние неблагоприятные факторы и влияют применяемые химические средства при гололеде.

В сфере обустройства дорожных покрытий используются три разновидности щебня:

• для формирования основания дорог – любые виды, но в основном скальные и рыхлые породы;
• для обустройства внутренних слоев - используются магматические и метаморфические породы;
• для внешних слоев покрытия – применяются асфальтобетонные смеси разновидности А, а также поверхностной обработки, содержащие зерна игловатой и пластинчатой формы (не превышающих 15%).

Ежегодный общий объем производимых строительных насыпных материалов из каменистых пород (песок, щебень, гравий) в России составляет ориентировочно 140 млн.куб.м, около 50% которых используют дорожные строители. Постоянно растущий спрос на щебень гранитный фр 5 20 кубовидной формы не покрывается его предложением и наполовину.

Союздор НИИ была определена его потребность до 2020 года по регионам России.

Значительная часть такого материала будет направлена на содержание и ремонт дорог общего пользования, общая протяженность которых составляет ориентировочно 600 тыс.км. Преимущественное использование дробленого строительного камня будет наблюдаться в Центральном районе, где строительство дорог ведется более интенсивными темпами, чем в других российских регионах.

Щебень, производимый из магматических пород, для нужд дорожного строительства, вырабатывается стационарно расположенными дробильно-сортировочными предприятиями. Они сконцентрированы в районе месторождений, в основном, в северо-западной части России и в районе Урале.

Разработкой месторождений занимаются предприятия нерудной промышленности, производящие, в основном, дробленные камень фракций 5-20 мм, а также 20-40 мм, и, изредка – 5-10, 5-15 и 10-20 мм. Серьезные нарекания дорожников вызывает качество щебня фракции 5-20 мм, который включают в состав асфальтобетонных смесей. Широкий диапазон размера такой продукции затрудняет подбор приемлемого зернового состава минералов в асфальтобетонных смесях. Это отражается на качественных характеристиках производимого асфальтобетона.

Обширный опыт отечественных и зарубежных дорожных строителей, а также исследования НИИ позволяют рекомендовать использование для производства асфальтобетона узкие фракции, которые значительно облегчают процесс подбора оптимального зернового состава смеси.

Щебень 5-20 мм характеризуется большим содержанием (25-40%) зерен лещадной формы, которые вызывают затруднения при укладке асфальтобетона и влияют на плотность асфальтобетонных смесей. Они уступают кубовидным аналогам по показателю механической прочности. Снижение прочности смеси во время строительства и эксплуатации дорожного покрытия ведет к началу образования очагов разрушения дорожного покрытия под воздействием воды.

Асфальтобетонные смеси 1 группы (с использованием кубовидного щебня) наделены повышенной уплотняемостью, чем аналоги 2 и 4 групп, которая достигается перемещением и взаимозаклиниванием зерен. Действующая нормативная документация устанавливает в смесях уровень наличия зерен лещадной формы: для смесей разновидности А – 15%, разновидности Б – 25% и 35% - для разновидности В. Поверхностная обработка дорожных покрытий, выполняемая с помощью фракционного щебня, приводит к разрушению значительной части зерен лещадной формы. Поэтому в дробленом камне их содержание должно ограничиться 10% (не более).

Свойства асфальтобетона ухудшаются и повышенным содержанием примесей в виде глины и пыли, препятствующих более тесному сцеплению битума со щебнем. Их содержание ограничивается 1% - в асфальтобетонной смеси, 0,5 % - для проведения поверхностной обработки. Щебень является основным веществом, формирующим устойчивость минерального основания в структуре асфальтобетона. Лабораторные опыты подтвердили зависимость коэффициента внутреннего трения tg от зернового состава асфальтобетона. На его качестве не отражается вязкость битума, а также асфальтового вяжущего вещества. Коэффициент внутреннего трения увеличивается в асфальтобетонах с пористостью около 3% при повышенном содержании в них кубовидных зерен.

Щебеночно-мастичные смеси асфальтобетона характеризуются повышенным содержанием фракционного щебня особой прочности (70-80%) с кубовидной формой зерен, которые способствуют формированию устойчивого каркаса. 8-15-процентное наличие в смеси минерального активированного порошка, а также не менее 5,5% битумного вяжущего снижают пустоты в уплотненном пласте покрытия. Для придания определенной структуры и стабилизации уровня битумного вяжущего вводятся специальные добавки в виде волокна.

Значительное содержание в смеси кубовидного щебня способствует прочному сцеплению с шинами автомобиля, износоустойчивости, приданию шероховатости и сдвигоустойчивости, а мастики – повышает стойкость к влаге и морозам, деформациям. Шероховатые поверхности требуют соответствия материалов из камня определенным стандартам. Щебень должен иметь кубовидную форму, изготовлен только из горных каменистых пород, иметь высокие показатели по износостойкости, прочности, трудно поддаваться шлифовке, в составе должны отсутствовать загрязняющие примеси. Уровень наличия зерен лещадной формы должен быть ограничен. Его шероховатость должна иметь вид естественного скола, что обеспечивается использованием горных пород, имеющих кристаллическую структуру и используемых компонентов разной твердости.

При реконструкции некоторых дорог в Центральной части России использовались смеси асфальтобетона разновидности А, при производстве которых использовались узкие фракции щебня (5-10, 10-15 мм) с лещадностью 15% взамен фракции 5-20 мм. Покрытие стало более устойчиво к сдвигам, угол внутреннего трения увеличился ориентировочно на 1,5°, а колебания этого показателя уменьшились почти в 2 раза. Качественный щебень снизил возможность появления колеи в покрытии при колонном движении автотранспорта и при возникновении заторов.