Истинная плотность известнякового щебня

Щебень представляет собой сыпучий неорганический строительный материал, получаемый методом дробления натурального камня или же твердых отходов строительных материалов. Щебень из камня принято называть первичным. Для его производства используется галька, валуны, пемза, гранит и другие природные камни. Щебень, получаемый из строительных отходов, называют вторичным. Для его получения перерабатывают методом дробления куски бетона, асфальта или кирпича.

Измельченный первичный щебень получают методом грохочения горных пород, добытых в карьерах. Вторичный щебень получают с помощью механических дробилок, в приемный бункер которых загружают куски бетона, асфальта или колотый кирпич.

Оба вида щебня обладают очень полезным для строительства свойством. Они великолепно закрепляются на поверхностях, покрытых цементным раствором. Это их свойство активно используется в строительстве и в том числе автомобильных и железных дорог.

Качество щебня

Качество щебня определяют по нескольким параметрам. Это плотность, лещадность (форма фракции), морозостойкость, прочность и радиоактивность. Этих критериев оценки качества вполне достаточно для того, чтобы определить целесообразность его использования на конкретном строительном объекте.

Плотность

Самым главным параметром определения качества щебня является плотность. Именно плотность определяет прочность будущего дорожного покрытия или строительной конструкции. Плотность щебня определяется отношением массы к объему. Принято измерять ее в тоннах или килограммах на один кубический метр. Для более точной оценки плотности ее измеряют в двух вариантах. Первый это общая (насыпная) плотность, которая учитывает воздушное пространство между кусками сухого щебня. Второй вариант — это истинная плотность, которую измеряют без учета пустого пространства в мерной емкости. Для этого щебень в лаборатории дополнительно измельчают до полной ликвидации пористости массы. Такой анализ делается для получения наиболее точного результата для проведения ответственных инженерных расчетов. На практике же параметр насыпная плотность используется гораздо чаще. Именно эта единица измерения применяется при производстве щебеночно-цементных смесей.

Плотность щебня может быть измерена разными способами. Чаще всего это делается с использованием мерных емкостей или же таблиц. В качестве мерной емкости используют цилиндрический сосуд емкостью от пяти до пятидесяти литров. Его заполняют щебнем с горкой. Затем горку снимают так, чтобы ни одна крошка не возвышалась над кромкой сосуда. После этого сосуд со щебнем взвешивают и от полученного результата отнимают вес пустого сосуда. Чистый вес щебня разделяют на объем сосуда и получают реальный показатель плотности данной партии щебня.

Такое измерение можно выразить по формуле: Рн = (m2 — m1): V, где m1 — масса пустого сосуда; m2 — его масса со щебнем, V — его внутренний объем.

Измерение плотности щебня делается в соответствии с требованиями ГОСТа. Допускается использовать сосуды строго определенной формы и размеров. Для измерения плотности щебня разной фракции используются только соответствующие измерительные емкости. При засыпке щебня в сосуд запрещается утрамбовывать материал, в противном случае измерение не будет соответствовать действительной плотности данной партии щебня. Общая плотность щебня всегда выше насыпной, и это вполне понятно. И тот и другой результат измерений указывается в сопроводительных документах. Аналогичным способом измеряют плотность любых сыпучих строительных материалов.

Допускается измерять плотность щебня и с использованием специальных таблиц. При этом погрешность измерения будет составлять порядка одного процента. То есть такая погрешность не является критичной при проектировании дорожного покрытия или строительных конструкций. В таблицах приведены результаты измерений плотности различных видов щебня, ранее полученные лабораторным путем. Используя коэффициент перевода и данные таблицы легко определить плотность конкретной партии щебня.

Для строителей важным показателем является именно насыпная плотность щебня. Именно от ее величины будет зависеть прочность строения или дорожного полотна. Кроме того, показатель насыпной плотности позволяет учесть плотность той субстанции, которой будут заполнены пустоты между кусочками щебня. Плотность субстанции в любом случае будет ниже плотности щебня, даже если это будет сухой песок. Таким образом, инженеры могут рассчитывать реальную прочность строительных или дорожных элементов. Кроме того, знание реальной величины насыпной плотности щебня, позволяет получить определённую экономию. К примеру, при высокой насыпной плотности щебня можно существенно сократить норму расхода цемента для производства смеси. Этот показатель также важен для оптимальной организации перевозок щебня и выбора для этого наиболее экономичного транспортного средства.

Насыпная плотность

Для пересчета массы щебня в объем и наоборот используется такая единица измерения, как коэффициент насыпной плотности. Иногда эту единицу называют коэффициентом перевода или коэффициентом уплотнения. Об этом коэффициенте стоит поговорить подробнее с приведением примеров. Когда на строительный объект привозят щебень, то он в пути всегда уплотняется по причине тряски. То есть на заводе загрузили кузов самосвала до полной вместимости, а на строительную площадку машина приезжает как бы с недогруженным кузовом. Если хищения не было, то масса щебня от утряски не изменилась. Определить это и позволяет коэффициент перевода. Для каждого вида щебня он свой. Получатель груза знает объем кузова самосвала и легко измеряет объем щебня в нем. Умножив его на коэффициент перевода, получатель определит значение реального веса доставленного материала. Вот так делается учет расхода щебня.

Коэффициент перевода не является константным, для каждого вида сыпучих материалов он свой. Абсолютная же его величина зависит от плотности материала, в нашем случае это щебень. Так вес одного кубического метра гранитной крошки составляет 2,6 тонны, а такой же объем известняковой крошки будет весить от 2,7 до 2,9 тонн. Известняк тяжелее гранита за счет присутствия в его структуре доломитов и кварца. Понятно, что при равном весе двух сортов такого щебня, их объем будет существенно разным.

О разнице объемов при одинаковой массе будут говорить истинная и насыпная плотность щебня. К примеру, истинная плотность гранитного щебня с фракционностью 5-20 миллиметров составляет 2590 кг/м3, а показатель насыпной плотности для такого же объема гранитного щебня составляет только 1320 кг/ м³. Знание этих величин позволяет точно рассчитать необходимое количество щебня, песка и цемента для изготовления конкретного строительного изделия или элемента конструкции.

Фракция и прочность

Также важными для обозначения качества щебня считаются такие параметры как фракция и прочность. Фракция, иными словами размер щебня может быть стандартной, нестандартной и европейской. Щебень стандартной фракции имеет размеры 5-10, 10-20, 5-20 миллиметров, а не стандартной фракции 10-15 и свыше 15-20 миллиметров. Европейский щебень имеет размеры от 3 до 5 миллиметров. Прочность щебня может быть обычной — М 800-1200; высокой — М 1400-1600; средней — М 600-800; слабой — М 300-600 и минимальной — М 200.

Одна из основных характеристик щебня — плотность. И неудивительно, ведь именно от нее зависит прочность строительного материала, а значит, и конструкций, для которых его используют. При расчете следует учитывать, что если камни лежат насыпом, то их вес в условном кубе будет отличаться приблизительно в два раза.

Удельная плотность

Рассчитывая пропорции для приготовления бетонной смеси необходимо знать насыпную плотность щебня, так как соотношения компонентов берутся в объемном выражении на м3. Этот показатель будет разниться даже для одного литотипа пород, рассеянного при этом на разные фракции.
Таким образом, чем мельче зерна гравия, тем плотнее они укладываются, а значит, возрастает и насыпная плотность (еще ее называют кажущейся либо удельной). Кроме того, следует также учитывать и тот факт, что между крупными камнями воздушных зазоров больше, следовательно, 1 м3 стройматериала будет весить меньше. Это не самый удачный вариант для приготовления бетона, ведь все эти «карманы» или пустоты придется заполнять песком либо более дорогим материалом – цементом. Между тем, для устройства подушки под бетон или дорожное покрытие использование крупных фракций щебня себя оправдывает.
Знание удельной плотности стройматериала также помогает при необходимости организовать его транспортировку или хранение. Причем узнать данную величину несложно, если вы располагаете емкостью, объем которой заранее определен. Также понадобятся весы достаточной грузоподъемности. Щебень достаточно засыпать в емкость и взвесить. Результаты за минусом тары, разделенные на ее объем – это и есть искомая величина, выраженная в т/м3 или в кг/м3.

Истинная плотность

Истинная плотность представляет собой среднюю плотность зерен щебня. Этот показатель должен быть как можно выше, ведь он неразрывно связан с остальными прочностными характеристиками заполнителя. Однако повлиять на данный показатель нельзя, так как истинная плотность зависит от типа породы. Не получится и самостоятельно рассчитать его — это можно сделать только в лабораторных условиях. Поэтому потребителю остается только полагаться на собственный правильный выбор и приобретать щебень подходящего происхождения.

Сравнение показателей

Как мы знаем, щебень производят из нескольких видов пород. Какие-то из них являются более доступными, и отыскать их на рынке не представляет сложности.

Используя щебень в строительных работах, следует помнить, что насыпная плотность фракционного заполнителя незначительно изменяется в зависимости от степени его трамбовки. Так, например, хорошо уплотненный щебень фракции 40-70 мм может иметь такой же вес в т/м3, что и рыхлый фракции 20-40. Данная особенность этого стройматериала вызывает немало вопросов при его приемке после доставки на стройплощадку. Согласно ГОСТу коэффициент уплотнения является равным 1,1. Однако при составлении договора возможны варианты его пересмотра в сторону уменьшения. В этом случае щебень еще в кузове грузовика следует обмерить и умножить на заранее оговоренный с поставщиком коэффициент. Если результат соответствует оплаченному объему либо немного превышает его, то претензии к продавцу, понятное дело, отсутствуют.

Основные характеристики

Как правило, щебень изготавливается из пород, имеющих достаточно высокую зернистость на сколе. После дробления таких пород получают каменную крошку разной величины с шероховатой поверхностью и неровными краями. Данная особенность обеспечивает надежную сцепку с цементом, что гарантирует монолитность будущего бетона. Форму зерен, которая отвечает за адгезию, принято называть лещадностью щебня. Данный показатель выражается в процентах. Низкий показатель лещадности свидетельствует о том, что в породе содержится большое количество «цепких» зерен-пластин и иголок. Однако и высокая лещадность, которая означает, что в смеси преобладают зерна кубовидной формы, тоже востребована. Данный материал хорошо поддается трамбовке и уплотнению, а значит, его можно с успехом использовать при засыпке подушки для фундамента и работе с битумными составами.

Кроме плотности и прочности щебень имеет и другие важные характеристики, отражающие его способность к влагопоглощению и морозоустойчивость.

Наиболее распространенные виды пород

Приведем наиболее распространенные виды пород, из которых, как правило, изготавливают щебень. На первом месте по частоте использования и популярности находится гранит. Щебень, получаемый из этой породы, – очень крепкий вплоть до марки М1400. Это дает возможность использовать его для производства тяжелых бетонов, к прочности которых предъявляются высокие требования. Гранит имеет очень низкую степень влагопоглощения, которая в массовом отношении не превышает 0,2%. Таким образом, морозостойкость гранитного щебня достаточно высока – около 400 циклов. Гранитный щебень по праву считается самым лучшим, и соответственно и самым дорогим.

На втором месте пород для производства щебня находится известняк. Понятное дело, по своим характеристикам он гораздо слабее гранита, однако при этом его плотность составляет 2,7-2,9 т/м3. Такой высокий показатель плотности обеспечивает содержание доломита, кварца, других особо прочных минералов в известняковых породах. Однако общая крепость из-за более слабых связок между компонентами не поднимается выше М800. Морозостойкость составляет не больше 150 циклов, ввиду того, что известняк поглощает около 2,5% влаги. Эти особенности следует учитывать при расчете количества воды для раствора. Боле того, такие характеристики делают применение этой породы для строительства в северных районах невозможным. Во всех остальных районах, преимущественно, используют только известняковый щебень 20-40 мм.

На третьем месте находится гравий. Он имеет близкие с гранитом характеристики, правда, немного уступает ему в прочности (М1200), а его стойкость к замораживанию/оттаиванию составляет 350 циклов. При этом и цена данного стройматериала относительно невелика, так как в РФ функционирует множество карьеров, где в достаточном количестве добывается гравий. Отметим, что при выполнении бетонных работ следует отдать предпочтение горному гравию, так как речной не даст должного сцепления с цементным раствором.

На четвертом месте по популярности находится шлаковый щебень. Он имеет достаточно большие разбежности в характеристиках, так как делится на несколько видов. Однако в целом марки этого материала вызывают уважение – от М800 до М1200. Плотность щебня, полученного из шлака, варьируется в пределах 2700-2950 кг/м3, однако в некоторых конструкциях это скорее минус, чем плюс. Процент влагопоглощения у шлака велик и составляет 1,5%. Однако из-за того, что производство шлакового щебня является, по сути, вторичной переработкой отходов металлургического производства, его цена является очень маленькой. Таким образом, и себестоимость бетонных изделий с заполнителем из шлакового щебня снижается примерно на 20%.

Приобретая строительный щебень, достаточно ознакомиться с паспортом на продукцию, чтобы узнать точную плотность и прочие характеристики данного материала.

Содержание:

Известняковый щебень – очень популярный строительный материал. Его получают посредством дробления известняка, представляющего собой осадочную породу органического происхождения. Известняк залегает обычно целыми пластами. Образовывался на протяжении десятки тысяч лет на дне бывших морских бассейнов.

Состоит из окаменелых останков (костных тканей) различных животных. Основной компонент известняка – карбонат кальция. Примеси, входящие в его состав, придают ему различные оттенки. Цвет камня бывает белым, желтовато-серым, бурым, даже красным. Его иногда называют также известковым или доломитовым.

Известняковый, наряду с гранитным, наиболее востребованный вид щебня. Они находят широкое применение в различных строительно-монтажных работах и производственных процессах. Вместе с тем, эти виды щебня отличаются по многим параметрам.

В чем же различие гранитного и известнякового щебня?

Гранитный щебень – продукт дробления гранитных пород (образование камней различной формы и размера). К главным преимуществом гранита относятся: повышенная твердость и низкое водопоглощение. Последнее из указанных свойств значимо, особенно, при строительстве бассейнов и фонтанов. Гранит не поддается деформации под влиянием влаги.

Известняк используется в строительстве еще со времен постройки Египетских пирамид. Огромные блоки, использованные при их возведении, вырезаны из известняка. Он является ударостойким, несмотря на то, что значительно уступает по прочности граниту.

Главное же достоинство известняка – это его экологическая чистота. В чем она выражается? В первую очередь, в том, что он имеет очень низкий уровень радиоактивность в отличие от других пород, в том числе, и гранита. Кроме того, известняковый щебень исключительно устойчив к температурным перепадам.

Эти свойства определяют его преимущественное использование в дорожном строительстве, а также для производства бетона. Он также находит применение в строительстве дренажных систем. Другое несомненное достоинство – относительно низкая цена по сравнению с ценами на гранитный или гравийный щебень.

Известняк используют не только, как строительный материал. Стекольная, пищевая и полиграфическая промышленность применяют его широко. Из него получают много полезных продуктов, в том числе:

• соду, карбид кальция;
• различные минеральные удобрения;
• негашенную известь.

Физико-технологические свойства известнякового щебня

Дадим определение и приведем численные значения основных физико-технологических свойств известнякового щебня.
Фракция. Фракцией называется часть сыпучего или кускового твердого вещества, а также жидкой смеси, выделенная на основе определенного признака. Для щебней, таким признаком являются предельные значения линейных размеров отдельных кусков породы (зерен) этой фракции. То есть, минимальная и максимальная габаритная длина зерен.

Для сыпучих материалов, существуют 3 вида фракций: основная, сопутствующая и нестандартная. Основные фракции включает в себя частицы, размеры которых находятся в пределах: 5-10 мм, 10-20 мм, 20-40 мм, 40-70 мм и некоторых других. Сопутствующей, называется фракция, в которую входят кусочки, размеры которых меньше 5 мм. К нестандартным относятся группы частиц с размерами 80-120 мм, 120-150 мм.

Лещадность. Это свойство характеризует зерновой состав щебня. Является одним из важных свойств щебня. Свое название этот термин получил от слова «лещадь» (так называли раньше плоскую деревянную дощечку или каменную плитку). Эта характеристика измеряется в процентах. Может быть вычислена, как отношение суммарной массы зерен, имеющих нестандартную (пластинчатую и игловатую) форму, к массе заданного количества щебня.

Лещадность щебня отражается на протекании различных процессов (производственных и строительных). Следует также знать некоторые вспомогательные определения. Пластинчатым называется зерно, длина которого в 3 и более раз меньше толщины. Игловатое зерно имеет ширину в 3 и более раз меньшую, чем его длина. Щебень различных пород по ГОСТ, в зависимости от показателя лещадности, подразделяют на 5 групп.

Первая группа (содержит до 10% зерен игловатого и пластинчатого типа), называется кубовидной из-за относительно низкой доли нестандартных зерен. Пятая группа содержит от 35% до 50% зерен указанных выше типов. Заметим, что плотность утрамбовки щебня напрямую зависит именно от лещадности. Ведь, чем больше во фракции нестандартных зерен, тем выше вероятность образования пустот между ними. Поэтому, вполне очевидно, что сооружение из кубовидного щебня, должно получиться более прочным.

Лещадность известнякового щебня по основным фракциям, составляет:
а) 10-12% (5-20 мм); б) 11-12 % (20-40 мм); в) до 15 % (40-70 мм). По этим значениям видно, что известняковый щебень относится ко 2-й, так называемой улучшенной группе.

Морозостойкость. Это свойство характеризуется числом полных циклов, не приводящих к потере первоначальных свойств, посредством замораживания и оттаивания образца. Кроме того, ее можно оценивать по числу проб, связанных с насыщением камней сернокислым натрием с последующим высушиванием.

Щебень, по этому параметру разделяют на несколько марок (F15, F25, F50, F100, F150, F200, F300, F400). Величина морозостойкости известнякового щебня варьируется от 100 до 150. По современным требованиям, в строительстве рекомендуется применять, в основном, щебни с маркой не ниже F300.

Радиоактивность. Экологическая чистота щебня, как уже отмечено выше, определяется в первую очередь уровнем радиоактивности породы. Радиоактивностью называется явление самопроизвольного распада неустойчивых атомных ядер. В системе СИ, единица измерения радиоактивности – беккерель (Бк). Радиоактивность в 1 Бк – это активность такого источника, в котором за 1 с происходит в среднем 1 распад. По степени радиоактивности, горные породы делятся на 3 класса. К первому классу относятся камни с удельной радиоактивностью менее 370 Бк/кг, ко второму – 370-740 Бк/кг, к третьему классу – 740-1350 Бк/кг. Известняковый щебень относится к первому классу (30-137 Бк/кг).

Прочность. Прочность принято измерять предельным значением прочности исходной породы на сжатие. Прочность характеризуется по аналогии с цементом, трехзначным числом – маркой (М). Прочность известнякового щебня находится в пределах М200-800 марок. Это относится к группе средней и слабой прочности. Высокопрочным считается щебень с маркой М1200-1400.

Щебни разных марок используются для различных целей. Например, из щебеня М600-800 производят строительные лотки, плиты, кольца; М300-600 – направляют на отсыпку дорог, где интенсивность движения на слабом или среднем уровне; М200 – в качестве подушки для дорожных покрытий с заведомо низкой интенсивностью движения.

Водопоглощение. Данное свойство характеризуется способностью породы, при длительном погружении, поглощать воду (при давлении 1 атмосфера и температуре 18-20 оС). Принято вычислять в процентах по отношению к массе или по объему сухого образца. Водопоглощение каменных пород может меняться в широких пределах: от 0,5 % (гранит) до 34% (артикский туф) по массе. Водопоглощение щебеня известнякового порядка 1,0-2,5 %.

Насыпная плотность. Сыпучие строительные материалы (песок, щебень, гравий) характеризуются насыпной плотностью. Насыпной, называется плотность материала в неуплотненном состоянии. Эта величина позволяет связать объем и массу таких материалов. Насыпная плотность известнякового щебня – 1280 кг/м3.

Пористость. Пористостью горных пород называют наличие в них пустот. Она характеризует их способность вмещать в себя жидкость или газы. Количественное значение пористости вычисляется как отношение суммарного объема пор к полному внешнему объему пород, измеряется в % или долях. Пористость известнякового щебня составляет 5,4-7,3 %.

Способы добывания

Добыча природного камня, в том числе, известняка, осуществляется разными способами в зависимости от условий залегания, качества материала, количества породы и других факторах. Различают промышленные и притрассовые месторождения. Промышленные — характеризуются большим объемом сырья, они открываются для поставки щебня не конкретному, а многим поставщикам. Рассчитаны, как правило, для активной разработки не менее, чем на 10 лет. Притрассовые или местного значения – расположены вблизи отдельной строительной площадки. Запасов сырья не так много, а потому, цены на продукцию, здесь дороже.

Разработка известнякового месторождения осуществляется несколькими способами. Наиболее экономичным является открытый способ, когда порода расположена вблизи поверхности земли на склоне холма. Преимущества этого способа:

• относительно небольшой объем вскрышных работ;
• легкое перемещение добычи вниз;
• отсутствие необходимости осуществлять дренажные работы.

Разработка известняковой породы может вестись также подземным (в штольнях) или подводным (когда порода залегает неглубоко под водой) способами. Понятно, что они более энергоемкие и затратные, по сравнению с открытым способом разработки породы.

Процесс добычи открытым способом состоит их нескольких этапов:

• проектирование местности и определение месторасположения будущего карьера;
• осуществление вскрышных работ (удаление почвы, верхних слоев песка и глины);
• снятие непригодной, верхней части горной породы;
• отделение от массива каменных глыб, для этого достаточно применять экскаваторы;
• отгрузка глыб на дробильно-сортировочную площадку;
• измельчение в дробилках и разделение на фракции в грохотах;
• размещение готовой продукции на площадках, для их последующей транспортировки заказчикам.

Применение известнякового щебня в строительстве

Известняковая щебенка используется преимущественно в качестве строительного материала для создания основы (подушки) дорог и для сооружения других объектов. Например, ее можно использовать при конструировании автостоянок. Материал, хотя и не очень прочный, но обладает хорошей морозоустойчивостью, поэтому эффективен в местах с минимальными транспортными нагрузками.

Данный стройматериал активно используется в производстве изделий из железобетона, в качестве наполнителя. Материал, являясь инертным по отношению к цементу, оказывает только положительно влияние на свойства и структуру бетона. Дешевизна и доступность известнякового щебня делают его незаменимым строительным материалом. Кроме того, различные фракции находят различное применение.

Щебенка 5-20 мм, как правило, применяется для ведения строительных работ. Благодаря наличию в его составе элементов, ускоряющих некоторые химические процессы, щебень указанной фракции очень широко используется для изготовления строительных смесей и цемента.

Фракция 20-40 мм может быть использован и в качестве декоративного материала. Оттенки этого камня, меняющиеся от пепельно белого цвета до серо-гранитного, придают ему мозаичный эффект. Особенно это качество привлекает ландшафтных дизайнеров, занимающихся проектированием различных участков дороги, клумб, газонов.

Щебенка 40-70 мм активно используется при создании дорожных подушек и в качестве материала для подсыпки:

• автомобильных дорог;
• трамвайных линий;
• железнодорожных насыпей.

Кроме того, она находит применение в производстве массивных железобетонных изделий. Очень часто щебень этой фракции выступает в роли облицовочного камня. Из него же получают известь.

Дополнительная информация

Известняковый щебень столь популярен и находит широкое применение благодаря тому, что в нем отсутствуют вредоносные компоненты и примеси. Он не представляет никакой опасности для жизни и здоровья людей. Однако, необходимо предпринимать дополнительные меры безопасности. Поэтому, как перед, так и после дробления известняка, проводится специальная контрольная диагностика этого материала на наличие радиационного излучения и прочих примесей.

Процесс производства известнякового щебня завершается его обработкой с помощью химических препаратов и реактивов. Такая обработка направлена на решение нескольких задач. В их числе, придание камням конечной формы, а также, повышение значения некоторых параметров качества по сравнению с их базовыми значениями, имевшими место в начальный момент добычи породы.