СтатьиТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО ЩЕБНЯ
Щебень – наиболее широко используемый продукт добычи и переработки нерудных строительных материалов.
Объемы производства щебня в мире превышают 3 млрд. м3 в год. Интересной особенностью щебня как продукта, производимого из природного минерального сырья, является то, что цены на него во всем мире за последние 50 лет выросли в 2,5–3 раза. В то же время цены на большинство продуктов, производимых на базе минерального сырья (например, черные и цветные металлы), за это же время упали в 3–5 раз.
Кажущаяся простота производства щебня – дробление горных пород – обманчива, так как современные технологии производства строительных материалов и изделий на их основе предъявляют все более высокие требования к качеству щебня, используемого, в основном, как заполнитель при производстве бетонов, асфальтобетонов и дорожных покрытий.
Щебень для дорожного строительства
Щебень является одним из основных материалов, применяющихся для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. От его качества в значительной мере зависят их потребительские свойства (ровность, коэффициент сцепления и т.д.) и долговечность. Особенно это относится к щебню, применяемому для устройства верхних слоев дорожной одежды, непосредственно воспринимающих высокие механические нагрузки от движущегося транспорта, находящихся под воздействием природных факторов и антигололедных химических средств.
Щебень, применяемый в дорожном хозяйстве, условно можно разделить на три группы:
- щебень для устройства оснований дорожных одежд (любые, но преимущественно осадочные скальные и рыхлые горные породы с крупностью фракций 5–20, 20–40, 40–70, 0–40, 0–70 мм);
- щебень для нижних слоев покрытий (метаморфические и магматические горные породы с крупностью фракций 5–20 и 20–40 мм);
- щебень для верхних слоев покрытий из асфальтобетонных смесей типа А и поверхностной обработки (магматические и частично метаморфические горные породы крупностью щебня от 5 до 20 мм) с содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы не более 15% (группа 1 по ГОСТ 8267-93), который принято называть «кубовидным».
Общий объем производства каменных материалов (щебень, гравий, песок) в России в настоящее время составляет примерно 140 млн м3 в год, причем примерно половина этого количества используется в дорожном строительстве.
За последние годы сформировался устойчивый спрос на щебень кубовидной формы со стороны дорожно-строительных организаций, но эта потребность в РФ сейчас удовлетворяется только на 30–40%.
В соответствии с президентской программой «Дороги России XXI века» СоюздорНИИ был произведен расчет потребности в дорожно-строительных материалах, в том числе в различных видах щебня. В таблице 1 приведена потребность в щебне узких фракций кубовидной формы из магматических горных пород для различных регионов России.
|
Таблица 1
Потребность в щебне узких фракций кубовидной формы (млн м3) для развития сети автомобильных дорог по регионам России (2001 – 2020 гг.)
В настоящее время протяженность сети дорог общего пользования с твердым покрытием в России составляет около 600 тыс. км, и основная часть щебня кубовидной формы будет использована на их ремонт и содержание. Наибольшее количество всех видов щебня будет потребляться в Центральном регионе, где дорожное строительство ведется наиболее интенсивно.
Современная практика показывает, что щебень из магматических горных пород для дорожного строительства в нашей стране производится в основном на стационарных дробильно-сортировочных заводах, расположенных вблизи месторождений, главным образом на северо-западе России и на Урале.
Анализ продукции, выпускаемой предприятиями нерудной промышленности, разрабатывающими месторождения магматических горных пород, показывает, что они в основном производят щебень в виде фракций 5–20 мм и 20–40 мм, в отдельных случаях – фракций 5–10, 10–20 и 5–15 мм. К щебню фракции 5–20 мм, используемой для приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий, имеются серьезные претензии со стороны дорожно-строительных организаций.
Производимый щебень фракции 5–20 мм обычно сильно закрупнен. Это не позволяет подобрать оптимальный зерновой состав минеральной части асфальтобетонных смесей, что существенно ухудшает физико-механические характеристики асфальтобетона. Исследования СоюздорНИИ, а также отечественный и зарубежный опыт строительства и эксплуатации автомобильных дорог позволили установить, что щебень для приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий должен выпускаться в виде узких фракций (5–10, 10–15, 15–20 мм). Из узких фракций сравнительно просто подобрать требуемые смеси оптимального зернового состава.
Поставляемый щебень фракции 5–20 мм в большинстве случаев содержит чрезмерное количество зерен лещадной формы – 25–40% и более. Повышенное их содержание отрицательно влияет на удобоукладываемость и плотность асфальтобетонных смесей. Они обладают меньшей механической прочностью по сравнению с кубовидными и поэтому в процессе строительства и при эксплуатации дорог разрушаются, что может приводить к образованию поверхностей, не покрытых битумом. Эти места являются первичными очагами разрушения асфальтобетона при проникновении воды и действии затем попеременного замораживания-оттаивания.
Асфальтобетонные смеси на кубовидном щебне (группа I) обладают лучшей уплотняемостью по сравнению с щебнем групп II и V за счет взаимного перемещения и взаимозаклинивания зерен.
В связи с этим действующая нормативно-техническая документация ограничивает содержание в смесях зерен лещадной формы: 15% — для смесей типа А, 25% – типа Б, 35% — для смесей типа В.
Особенно отрицательно действие зерен лещадной формы проявляется при поверхностной обработке асфальтобетонных покрытий с использованием фракционированного щебня, когда при укладке материала разрушается большая часть таких зерен. В этом случае их содержание в щебне не должно превышать 10%.
Отрицательное воздействие на свойства асфальтобетона оказывает и повышенное количество пылевато-глинистых примесей, которые препятствуют контакту битума с поверхностью щебня. Поэтому их содержание не должно превышать: 1% – для приготовления асфальтобетонной смеси; 0,5% – для поверхностной обработки.
Дробильно-сортировочная установка с дробилкой КИД-900 на Абзаковском карьере
При формировании структуры асфальтобетона щебень является главным компонентом, определяющим устойчивость минерального остова. Лабораторными исследованиями установлено, что коэффициент внутреннего трения tg ц зависит от зернового состава асфальтобетона. На него практически не влияет вязкость применяемого битума и асфальтового вяжущего вещества. В асфальтобетонах с остаточной пористостью 3,0–3,5% коэффициент внутреннего трения возрастает при увеличении содержания кубовидных зерен щебня.
Высокие показатели внутреннего трения обеспечивают плотные асфальтобетоны типа А на основе дробленых каменных материалов и специальные многощебенистые составы, например щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) по ТУ 5718.030.01393697-99.
В щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесях высоко содержание прочного фракционированного щебня (70–80%) с улучшенной (кубовидной) формой зерен, что создает устойчивый каркас. Повышенное содержание минерального активированного порошка (8–15%) и битумного вяжущего (не менее 5,5%) значительно уменьшает количество пустот в уплотненном слое покрытия. Для структурирования и стабилизации битумного вяжущего рекомендуется вводить специальные стабилизирующие добавки, например волокна.
Структура ЩМА оптимально сочетает максимальную жесткость минерального остова и высокую пластичность асфальтового вяжущего. Повышенное содержание прочного кубовидного щебня призвано обеспечивать высокое сцепление с колесом автомобиля, шероховатость, сдвигоустойчивость и износостойкость покрытия, а увеличенное количество асфальтового вяжущего вещества (мастики) – повышать водо- и морозостойкость, водонепроницаемость, устойчивость к деформациям и усталостную стойкость защитного слоя. При устройстве шероховатых покрытий важно обеспечить повышенные требования к свойствам каменных материалов. Щебень должен быть изготовлен из горных пород, обладающих высокой износостойкостью, иметь кубовидную форму, быть однородным по прочности, трудношлифуемым и не иметь загрязняющих примесей. Содержание зерен лещадной формы в нем должно быть ограничено. Щебень должен обладать хорошо выраженной шероховатостью естественного скола, поэтому предпочтение отдается горным породам зернистой кристаллической структуры, а также породам, способным оставаться шероховатыми за счет компонентов разной твердости согласно ВСН 73-67.
Комплектная технологическая линия
на основе дробилки КИД-1200М на ОАО «Павловскгранит», Воронежская область
Для реконструкции Московской кольцевой автомобильной дороги (МКАД) АО «Центродорстрой» были использованы три дробильно-сортировочные установки фирмы «Сведала» и налажено производство улучшенного щебня из габбро-диабаза. Получаемый щебень фракции 5–10 и 10–15 мм с лещадностью менее 15% применяли в асфальтобетонной смеси типа А на полимерно-битумном вяжущем для устройства верхнего слоя покрытия взамен ранее использовавшегося гранитного щебня фракции 5–20 мм. По результатам контроля качества верхнего слоя покрытия МКАД можно судить о влиянии качества щебня на свойства асфальтобетона.
Асфальтобетонное покрытие стало более сдвигоустойчивым, хотя максимальная крупность применяемого в смеси щебня была снижена с 20 до 15 мм. Среднее значение угла внутреннего трения повысилось примерно на 1,5°, а разброс этого показателя снизился почти в 2 раза. Среднее сопротивление сдвигу при расчетных условиях для МКАД возросло с 0,789 до 0,840 МПа. При этом стандартный показатель прочности при сжатии при 50°С повысился в среднем на 0,3 МПа, а его вариация не превысила 12%.
Применение более качественного щебня в асфальтобетоне позволило снизить вероятность образования колеи в верхнем слое покрытия даже в форс-мажорных случаях колонного движения и заторов автомобилей.
Щебень для дорожного строительства
Щебень является одним из основных материалов, применяющихся для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. От его качества в значительной мере зависят их потребительские свойства (ровность, коэффициент сцепления и т.д.) и долговечность. Особенно это относится к щебню, применяемому для устройства верхних слоев дорожной одежды, непосредственно воспринимающих высокие механические нагрузки от движущегося транспорта, находящихся под воздействием природных факторов и антигололедных химических средств.
Щебень, применяемый в дорожном хозяйстве, условно можно разделить на три группы:
· щебень для устройства оснований дорожных одежд (любые, но преимущественно осадочные скальные и рыхлые горные породы с крупностью фракций 5–20, 20–40, 40–70, 0–40, 0–70 мм);
· щебень для нижних слоев покрытий (метаморфические и магматические горные породы с крупностью фракций 5–20 и 20–40 мм);
· щебень для верхних слоев покрытий из асфальтобетонных смесей типа А и поверхностной обработки (магматические и частично метаморфические горные породы крупностью щебня от 5 до 20 мм) с содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы не более 15% (группа 1 по ГОСТ 8267-93), который принято называть «кубовидным».
Общий объем производства каменных материалов (щебень, гравий, песок) в России в настоящее время составляет примерно 140 млн м3 в год, причем примерно половина этого количества используется в дорожном строительстве.
За последние годы сформировался устойчивый спрос на щебень кубовидной формы со стороны дорожно-строительных организаций, но эта потребность в РФ сейчас удовлетворяется только на 30–40%.
В соответствии с президентской программой «Дороги России XXI века» СоюздорНИИ был произведен расчет потребности в дорожно-строительных материалах, в том числе в различных видах щебня.
