Щебеночно-песчаная смесь: особенности и применение

Содержание:

1. Технология производства.
2. Компоненты смеси.
3. Сфера применения.
4. В чем разница между ЩПС и ПГС.
5. Преимущества и недостатки.
6. Зерновой состав.
7. Характеристики ЩПС.
8. Требования к ЩПС
9. Транспортировка и хранение.
10. Вопрос-ответ.

Широкое применение щебеночно-песчаной смеси (ЩПС) объясняется просто – этот материал производится предприятиями преимущественно из местного минерального сырья. В его пользу говорит и разнообразие характеристик, устойчивость к физическому и химическому воздействию, доступная цена. С течением времени спрос на поставку со стороны потребителей лишь растет.

Технология производства

ЩПС представляет собой сыпучий строительный материал природного происхождения, полученный смешением щебня и песка. Для выработки ингредиентов смеси используются дробильно-сортировочные комплексы. На начальной стадии производства исходное сырье подвергают дроблению, сортировке по фракциям и очищению от мусора.

На последующем этапе фракции определенного размера перемешиваются в заданной пропорции. Смешивание производится в стационарной смесительной установке или на специальной площадке в зоне строительства при помощи фронтального погрузчика. Характеристики смеси практически целиком зависят от свойств сырья.

Компоненты смеси

Щебень. Продукт дробления с последующим рассевом, у которого зерна крупнее 4 мм (по отдельным стандартам – больше 5 мм). Щебень получают при измельчении горных пород, валунов и гравия, утилизируемых бетонных конструкций, некондиции, шлаков от выплавки металла и других производственных отходов.

Лучшие эксплуатационные параметры у продукции, полученной дроблением горных пород. Щебень вводится в ЩПС в виде единой фракции или нескольких фракций в определенных пропорциях. Допустимо использовать в составе одной и той же партии смеси щебня разного происхождения.

Песок. Состоит из зерен, размеры которых меньше щебня. Получается из отсевов дробления щебня, шлаков, иных промышленных отходов или путем перемалывания горных пород, гравия и бетона. Также добывается в готовом виде в песчаных и песчано-гравийных карьерах.

Пылевидные и глинистые частицы. В эту категорию входят примеси размером менее 0,63 мм, влияющие на пластичность смеси. При недостатке таких включений в ЩПС добавляют суглинки и пылеватые пески, золошлаки и фосфогипс, нефелиновые шламы или иные производственные отходы.

Сфера применения

ЩПС идет в основном на строительство автодорог, взлетных полос и перронов аэродромов, укрепление дорожных обочин. Смесь используется для укладки покрытий, несущих слоев оснований и дополнительных слоев дорожного полотна – подстилающих, морозозащитных и дренирующих. Материал применяется для отсыпки балластной призмы при возведении железнодорожных насыпей и прокладке трамвайных путей, обустройства пешеходных дорожек и различных площадок, изготовления асфальтобетона.

ЩПС из дробленого бетона не годятся для обработки вяжущими и использования в качестве заполнителя для асфальтобетонных смесей.

Применение ЩПС для укладки оснований автодорог

Тип дорожной одежды	Категория автодороги	Вид дорожного покрытия
Капитальный	С I по IV	Монолитный бетон, асфальтобетон
Облегченный	II (первая стадия двухэтапного строительства), III и IV	Асфальтобетонное, дегтебетонное, щебеночно-гравийно-песчаное, грунтовое с обработкой вяжущими, со слоем износа в форме двойной поверхностной обработки
Переходный	III (первая стадия двухэтапного строительства), IV и V	Щебеночно-гравийно-песчаное, асфальтобетонное, щебень или шлак по методу заклинки либо обработанный вяжущими в верхней части, активные шлаки, шламы и фосфогипс со слоем износа в форме двойной поверхностной обработки
Низший	IV (первая стадия двухэтапного строительства), V	Грунт, закрепленный или подвергшийся улучшению добавками

Обработка вяжущими

ЩПС при подготовке к применению может обрабатываться неорганическими и органическими вяжущими. Цель обработки – снизить риск появления трещин и деформаций, включая образование колеи, повысить морозостойкость, увеличить срок службы стройматериала.

В качестве неорганических вяжущих используются:

• Цементы.
• Известь.
• Летучие золы уноса.
• Золошлаковые, шламовые и иные порошковые промышленные отходы.
• Комплексные вяжущие с активатором твердения.

Дополнительно вводятся добавки, которые уменьшают расход вяжущих и улучшают физико-механические и технологические свойства. Также добавляется вода с ограниченным содержанием растворимых солей.

Из органических вяжущих для приготовления ЩПС применяют:

• Вязкие битумы для дорожных работ, включая вспененные.
• Жидкие битумы для дорожных работ, у которых условная вязкость не превышает 100 с.
• Медленнораспадающиеся битумные эмульсии для дорожных работ.
• Иные вяжущие, которые соответствуют проектной документации, ГОСТам и техническим регламентам.

Допускается комплексное использование перечисленных органических вяжущих с неорганическими, а также активными химическими добавками.

В чем разница между ЩПС и ПГС

В песчано-гравийной смеси (ПГС) щебень заменен на недробленый заполнитель естественного происхождения – гравий. Он отличается окатанными краями и более гладкой поверхностью, в одной партии попадаются камни самых разных пород. Более слабые из них быстрее разрушаются под нагрузкой, что приводит к трещинам и деформациям. В отличие от гравия у щебня зерна угловатые, с острыми краями, и шероховатые, при заказе всегда понятен исходный вид сырья.

Из этих различий вытекают свойства двух смесей и разница в применении. ЩПС прекрасно укатывается плотным слоем и не расползается в стороны, лучше сцепляется с колесами, асфальтобетоном и битумом. Если вам нужен материал для верхних слоев оснований или дорожных покрытий, испытывающих серьезные статические и динамические нагрузки, выбор однозначен – смесь с дробленым щебнем, а не с гравием.

ПГС для ответственных работ не годится. Обогащенные смеси подойдут лишь для нижних и дренирующих слоев основания, необогащенные используются при строительстве автодорог с невысокой загруженностью или рассчитанных на временную эксплуатацию. ПГС пригодна для отсыпки подушек под плитные фундаменты и разнообразные площадки, обратной засыпки траншей и котлованов, забутовки опор забора, изготовления бетона, рекультивации и благоустройства территории.

Преимущества и недостатки

• Процесс производства ЩПС отличается простотой, используется технически несложное промышленное оборудование, добыча сырья происходит главным образом на расположенных поблизости месторождениях. По перечисленным причинам стоимость смеси невысока.
• Большое разнообразие характеристик позволяет подобрать для решения конкретной задачи смесь с оптимальным составом.
• По сравнению с устройством основания из щебня методом заклинки укладка ЩПС – более быстрый и менее трудоемкий процесс.
• Материал укладывается в любую погоду, выдерживает эксплуатацию в тяжелых климатических условиях и может храниться практически бесконечно.
• Серьезных недостатков у смеси нет. Есть лишь риск сильного увлажнения и потери плотности слоя, который устраняется за счет обработки стабилизаторами.

Зерновой состав

Согласно ГОСТ 25607-2009 смеси для автодорог и аэродромов нумеруются с С1 по С11. Каждый номер характеризуется предельным номинальным размером зерен и определенным гранулометрическим составом, то есть распределением фракций по массе, выраженным в процентах. Разница между номерами с одинаковым максимальным размером зерен заключается в пропорции входящих в их состав фракций.

Номер смеси	Предельный размер зерен, мм
С1	40
С2	20
С3	120
С4	80
С5	40
С6	20
С7	10
С8	5
С9	80
С10	40
С11	20

В смесях С1 и С2 по сравнению с остальными номерами велика доля пылевидных и глинистых частиц. Два этих вида ЩПС идут на обустройство покрытий. Смеси С1 и С2 можно пускать и на укладку оснований, но лишь при наличии технико-экономического обоснования проекта. Оставшиеся составы используются только для укладки оснований. СЗ–С6 и С9–С11 годятся на дополнительные слои, смесями С4, С5, С10 и С11 укрепляют обочины автодорог.

Гранулометрия смесей С3–С8 непрерывная, то есть в их составе попадаются зерна практически любого размера в предусмотренных границах. У С9–С11 гранулометрия прерывистая, отдельные фракции могут вообще отсутствовать. За счет этого ЩПС с прерывистой гранулометрией лучше уплотняются.

ГОСТ Р 70458-2022 определяет параметры мелкозернистых и крупнозернистых смесей для автодорог общего пользования, классификация по зернистости здесь иная.

Тип смеси	Размеры компонентов смеси, мм
0/8	0–8
0/11.2	0–11.2
0/16	0–16
0/22.4	0–22.4
0/31.5	0–31.5
0/45	0–45
0/63	0–63
0/90	0–90

Для каждого типа смеси предусмотрены две категории – К90 и К85. Каждая категория в свою очередь делится на три марки – М1, М2 и М3. Категория и марка ЩПС определяется данными по гранулометрическому составу, полученными при прохождении через контрольные сита.

Характеристики ЩПС

Пластичность. Показатель определяет способность смеси уплотняться при разравнивании и прилегать к основанию. Чем выше число пластичности, тем пластичнее материал.

Марка по пластичности	Число пластичности	Сфера применения
Пл1	≤ 1	Покрытия автодорог
Пл2	Более 1 и до 5 включительно	Покрытия, основания автодорог с капитальным покрытием
Пл3	Более 5 и до 7 включительно	Покрытия, основания автодорог с капитальным и облегченным покрытием

В группу с маркой по пластичности Пл1 автоматически включаются смеси из следующих горных пород:

• Изверженные и метаморфические.
• Осадочные.
• Гравий.

Коэффициент фильтрации. Параметр указывает на водопропускную способность ЩПС. Хорошая фильтрация нужна, чтобы избежать застоя влаги и разрушения уложенных слоев.

Тип слоя	Минимально допустимый коэффициент фильтрации, м/сут
Дренирующий слой основания автодорог	1
Дренирующий слой аэродромов	7
Морозозащитный слой основания автодорог	0.2

Водостойкость. Определяется способностью впитывать и отдавать воду. При избыточной влажности щебеночно-песчаный слой теряет жесткость, появляется текучесть, дорога плывет.

Марка по водостойкости	Уменьшение массы, %	Сфера применения
В1	≤1	Дорожные покрытия
В2	Более 1 и до 3 включительно	Основания и дорожные покрытия

В группу с маркой по водостойкости В1 без контрольных испытаний включают смеси из тех же самых горных пород, которые автоматически входят в группу с маркой по пластичности Пл1.

Степень пучинистости. Характеристика говорит о способности смеси увеличивать объем в мерзлом состоянии. На морозозащитные слои основания идут непучинистые или слабопучинистые смеси, у которых степень пучинистости не превышает 4%.

Содержание пылевидных и глинистых частиц. ГОСТ Р 70458-2022 относит к этой группе компоненты ЩПС размером менее 0,063 мм. С повышением доли пыли и глинистых частиц ухудшается сцепление с вяжущими, прочность и морозостойкость, усиливается морозное пучение.

Удельная эффективная активность естественных радионуклидов А_эфф (природная радиоактивность). ЩПС с суммарной А_эфф, не превышающей 740 Бк/кг (класс II), идут на прокладку автодорог и строительство аэродромов безо всяких ограничений. Составы с А_эфф от 740 до 1500 Бк/кг (класс III) рассчитаны на использование за границами населенных пунктов и участков предполагаемой застройки.

Прочность после обработки неорганическими вяжущими. Марка по прочности обработанной ЩПС в проектном возрасте – от М10 до М100. Каждой марке соответствует определенная величина предельной прочности на сжатие и на растяжение при изгибе.

Морозостойкость после обработки неорганическими вяжущими. О морозостойкости судят по прочности на сжатие при чередующемся замораживании и оттаивании. Существует шесть марок ЩПС по морозостойкости, с F5 по F75. Чем выше морозостойкость, тем больше циклов заморозки-оттаивания при переходе через нулевую температуру выдержит смесь. Параметр напрямую связан с дробимостью.

Насыпная плотность. Данная величина определяется соотношением между весом и объемом без уплотнения, указывается на каждую партию материала. На насыпную плотность влияет вид щебня и гранулометрический состав, в среднем этот показатель составляет 1700 кг/м³.

Требования к ЩПС

Щебень в составе готовых смесей должен удовлетворять нормам ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 32703-2014. Параметры шлакового щебня дополнительно регулируются ГОСТ 3344-83, ГОСТ 32826-2014 и ГОСТ 25592-2019.

Основные характеристики щебня:

• Дробимость. Этот показатель несет информацию о прочности ЩПС при действии механических нагрузок. Марка по дробимости щебня – от М200 до М1400.
• Истираемость. Данная характеристика тесно связана с предыдущей и служит для расчета износа дорог. В ЩПС используется щебень четырех марок по истираемости, с И1 по И4.
• Морозостойкость. На приготовление смеси идет щебень морозостойкостью от F15 до F400.
• Лещадность. Параметр говорит о доле зерен пластинчатой и игловатой формы в общем объеме щебня. Чем ниже лещадность, тем выше прочность и возможность уплотнения. Для производства ЩПС берут щебень с лещадностью до Л35, по согласованию с заказчиком – до Л50.
• Содержание дробленых зерен в гравийном щебне. Дроблеными считаются зерна с отколотой более чем наполовину поверхностью. В щебне для автодорог должно содержаться более 50% таких зерен по массе. От этой характеристики зависит уплотняемость и устойчивость слоя.
• Стойкость структуры к распадам. Оценке подлежит устойчивость к разрушению под действием железистого или силикатного распада, возникающего в процессе внутренних реакций.

Нормативы по песку для ЩПС определены в ГОСТ 8736-2014, ГОСТ 32824-2014 и ГОСТ 32730-2014. Для шлакового песка действуют нормы ГОСТ 3344-83 и ГОСТ 32826-2014. Перечисленными документами регулируется модуль крупности, фракционный состав, доля пылевидных и глинистых частиц, включая комки глины. Присутствие мусора в смеси исключается, щебень из дробленого бетона не должен содержать обломки и обрезки стальной арматуры.

Транспортировка и хранение

ЩПС доставляется навалом любым транспортом в соответствии с принятыми правилами перевозки. По железной дороге доставка с завода производится в открытых вагонах. Если нужна защита от попадания грязи, смесь укрывают или транспортируют контейнерами. В случае обработки органическими вяжущими используются грузовые автомобили. Для ЩПС, обработанных вяжущими, установлена предельная длительность технологического разрыва между производством смеси и окончанием уплотнения.

При отгрузке к каждой партии прилагается паспорт качества, где указывается гранулометрический состав, иные физико-механические характеристики и природная радиоактивность. Заниматься промежуточными погрузочно-разгрузочными операциями в ходе транспортирования груза на объект нельзя. Зимой отгрузка и хранение сопровождается перелопачиванием, обработкой специальными растворами и иными мерами по профилактике смерзаемости.

При складировании не допускается смешивание с мусором или смесями другого состава, загрязнение и увлажнение. Составы, обработанные жидким битумом, хранят на закрытых складах либо под навесом. Смеси, подвергшиеся комбинированной обработке органическими и неорганическими вяжущими, хранению не подлежат.

Вопрос-ответ

В чем отличия ЩПС со щебнем из гранита и известняка?

Гранит по прочности превосходит известняк, поэтому смеси с гранитным щебнем пользуются преимуществом при прокладке дорог с высоким трафиком. Однако у ЩПС с известняком тоже есть определенные плюсы. Этот материал дешевле и безопаснее, поскольку у него меньше природный радиоактивный фон.

Какие смеси идут на строительство аэродромов?

В этом случае используют материал, в составе которого присутствуют высокопрочные марки щебня М1200 и М1400.