6.2.2. Обломочные горные породы

К обломочным горным породам или механическим отложениям относят продукты выветривания изверженных, метаморфических или ранее образованных осадочных пород. Различают рыхлые и сцементированные обломочные породы.

По крупности окатанных обломков рыхлые горные породы условно делят на валуны, гальку, гравий, песок.

Валунный камень - грубокатанные, преимущественно округлой формы, обломки скальных пород размером более 100 мм. Валуны размером до 250 мм называют сырцом, так как их можно применять для дорожных работ (например, мощения) без дополнительной обработки. Более крупные валуны используют для получения шашки, щебня.

Галька представляет собой окатанные водой обломки горных пород размером от 100 до 70 (40) мм. Она обладает теми же свойствами, что и мелкий валунный камень. Качество гальки обуславливается петрографическим составом породы, крупностью и формой обломков, а также степенью выветривания. Гальку применяют для устройства оснований, дренажей, но чаще измельчают и используют как щебень.

Гравий - рыхлая горная окатанная порода размером частиц от 5 (3) до 70 мм.

В природе в чистом виде гравий встречается редко. Если в гравии содержится более 50 % песчаных частиц, то смесь называют песчано-гравийной (ПГС), а если менее 50 % - гравийно-песчаной (ГПС).

По зерновому составу для устройства оснований используют ПГС до 70 мм, а для устройства покрытий - до 40 мм.

Основные показатели, характеризующие механические свойства гравия, приведены в табл. 6.2.3...6.2.5.

Таблица 6.2.3

Марка по дробимости щебня из гравия и гравия

Марка по дробимости щебня из гравия и гравия	Потеря массы при испытании, %
	щебня из гравия	гравия
1000 800 600 400	До 10 включ. Свыше 10 до 14 Свыше 14 до 18 Свыше 18 до 26	До 8 включ. Свыше 8 до 12 Свыше 12 до 16 Свыше 16 до 24

Таблица 6.2.4

Марка гравия по истираемости

Марка гравия по истираемости	Потеря массы после испытания, %	Марка гравия по истираемости	Потеря массы после испытания, %
И 1	До 20	И 3	Свыше 30 до 40
И 2	Свыше 20 до 30	И 4	Свыше 40 до 50

Таблица 6.2.5

Морозостойкость

Марка по морозостойкости	Число циклов замораживания и оттаивания	Потеря массы после испытания, % не более
F 15	15	10
F 25	25	10
F50	50	5

Добытый в карьере гравий (рядовой) может содержать различное количество мелкозема. Крупный рядовой гравий состоит из зерен 5...70 мм, а средний рядовой - 5...40 мм. Карьерный гравий после перегрохотки и отделения песка называют сортовым. Его разделяют на следующие фракции:

крупный - 70...40 мм;

средний - 40...20 мм;

мелкий - 20...10 мм;

мелкозем - 10...5 (3) мм.

Гравийный материал применяют для устройства гравийных оснований и покрытий, дренажных сооружений, в качестве крупного заполнителя в цементобетоне. Гравий, имеющий марку по дробимости не выше 16, может быть использован для приготовления асфальтобетонных смесей II марки типа В и III марки типа Б, В.

Песок - рыхлая зернистая порода, образованная в результате естественного разрушения горных пород, крупностью зерен до 5 (3) мм. В песке иногда имеются частицы мельче 0,55 мм, которые называют пылеватыми (0,05...0,0005 мм) и глинистыми (мельче 0,0005 мм).

Качество песка для строительных работ определяют минералогическим составом, формой зерен, зерновым составом, содержанием пылевато-глинистых частиц, плотностью, пустотностью, фильтрационной способностью, влажностью и содержанием органических примесей.

В дорожном строительстве используют песок природный и дробленый, получаемый путем дробления горных пород. Разделение песка по зерновому составу приведено в табл. 6.2.6.

Таблица 6.2.6

Группы природного песка по крупности

Группа песка	Массовая доля полного остатка на сите №0,63, %	Модуль крупности, Мк
Крупный	Свыше 45 до 65	Более 2,5
Средний	Свыше 30 до 45	2,5...2,0
Мелкий	Свыше 10 до 30	2,0...1,5
Очень мелкий	Менее 10	1,5...1,0

Модуль крупности песка определяют по формуле

М_к = (Р_0,14 + Р_0,315 + Р_0,63 + Р_1,25 + Р_2,5 + Р₅)/100,                                                     (6.2.1)

где Р_0,14..... Р₅ - полный остаток на сите 0,14...5 мм, %.

Пески с М_к меньше 1 не должны применяться для строительных работ.

По величине коэффициента фильтрации различают пески:

- хорошо фильтрующие         6...10 м/сут;

- среднефильтрующие            3...6 м/сут;

- слабофильтрующие              1...3 м/сут.

Песок применяют для устройства подстилающих слоев дорожной одежды, приготовления строительных растворов, цементо- и асфальтобетонов, для устройства дренажей. Для улучшения качества мелкозернистый песок обогащают добавками искусственного (дробленого) песка (крупностью менее 5 мм) из невыветренных изверженных и метаморфических пород прочностью более 80 МПа, а из осадочных - прочностью более 40 МПа.

Дресва - промежуточный продукт выветривания скальных горных пород, оставшийся на месте образования и сохранивший камневидное состояние. Дресва, в зависимости от исходной горной породы и стадии выветренности, может применяться для устройства различных слоев одежды на дорогах местного значения.

Щебень для дорожного строительства по зерновому составу делят по крупности на фракции:

более 120 мм - гигантский;

70...120 мм - очень крупный;

40...70 мм - крупный;

25...40 мм - нормальный;

15...25 мм - мелкий;

10...15 мм - клинец;

3 (5)...10 мм - каменная мелочь;

< 3 (5) мм - высевки.

Качество щебня, т.е. степень соответствия показателей его признаков своему проектируемому назначению определяют на месте его производства (в карьере) и на месте его потребления (на строительном объекте) путем изучения внешних признаков и испытания отобранных проб. При этом определяют петрографические признаки и однородность горной породы, из которой получен щебень: крупность, зерновой состав, форму зерен; шероховатость поверхности; количество и качество примесей (глинистых, органических и др.); количество смятых (раздробленных) зерен; физические и механические свойства.

Физические свойства щебня оценивают по средней и насыпной плотностям, пустотности, влажности, водопоглощению.

Механические свойства щебня оценивают, прежде всего, по дробимости, износу, а также по морозостойкости (табл. 6.2.7...6.2.10). Определение качества щебня по прочности при сжатии исходной горной породы является приближенным, так как показатель прочности зависит не только от качества исходной горной породы, но и от размеров, формы и других признаков щебня. Поэтому в настоящее время прочность щебня оценивают косвенно по показателю дробимости. Марку щебня по дробимости в цилиндре оценивают по потере в массе после приложения нагрузки. Так, марку щебня по дробимости принимают 1200, если потеря в массе после раздавливания не превысит 11 %. При потере свыше 11 до 13 % - марка щебня по дробимости - 1000, а при потере в массе свыше 28 до 35 % - 200.

Таблица 6.2.7

Марка щебня из осадочных и метаморфических пород по дробимости при сжатии (раздавливании) в цилиндре [64]

Марка щебня по дробимости	Потеря в массе, % при испытании щебня
	в сухом состоянии	в насыщенном водой состоянии
1200	До 11	До 11
1000	Свыше 11 до 13	Свыше 11 до 13
800	Свыше 13 до 15	Свыше 13 до 15
600	Свыше 15 до 19	Свыше 15 до 20
400	Свыше 19 до 24	Свыше 20 до 28
300	Свыше 24 до 28	Свыше 28 до 38
200	Свыше 28 до 35	Свыше 38 до 54

Таблица 6.2.8

Марка щебня из изверженных пород по дробимости его при сжатии (раздавливании) в цилиндре [64]

Марка щебня по дробимости	Потеря массы, % при испытании щебня
	из интрузивных (глубинных) пород	из эффузивных (излившихся) пород
1400	До 12	До 9
1200	Свыше 12 до 16	Свыше 9 до 11
1000	Свыше 16 до 20	Свыше 11 до 13
800	Свыше 20 до 25	Свыше 13 до 15
600	Свыше 25 до 34	Свыше 15 до 20

По прочности при износе (истираемости) в полочном барабане щебень подразделяют на 4 марки (табл. 6.2.9). Износ характеризует сопротивление материала истирающим и ударным усилиям, обламыванию кромок. Показателем истираемости является потеря массы (г) образца площадью 1 см² за определенный путь (м). Истираемость - способность каменного материала сопротивляться истирающим усилиям. Чем больше твердость, тем меньше истираемость. Щебень из мелкозернистых кварцевых пород в меньшей степени подвержен истираемости.

Таблица 6.2.9

Марка щебня по износу (истираемости) в полочном барабане [64]

Марка щебня по плюсу	Износ	Потеря массы при испытании, %
	известняки, доломиты	изверженные метаморфические и другие осадочные породы
И 1 И 2 И 3 И 4	 30 31...40 41...50 51...60	_25 26...35 36...45 46...55

Таблица 6.2.10

Марка щебня по морозостойкости [64]

Марка по морозостойкости	Непосредственнoe замораживание - оттаивание		Насыщение в растворе сернокислого натрия - высушивание
	число циклов	потеря массы после испытания, %	число циклов	потеря массы после испытания, %
F 15	15	10	3	10
F 25	25	10	5	10
F 50	50	5	10	10
F 100	100	5	10	5
F 150	150	5	15	5
F 200	200	5	15	3
F 300	300	5	15	2
F 400	400	5	15	1

Морозостойкость щебня (гравия) оценивают по потере в массе после попеременного замораживания и оттаивания (табл. 6.2.10):

q = [(q₁ - q₂)/q₁]·100,                                                                                                 (6.2.2)

где q - потеря в массе после испытания на морозостойкость;

q₁ - масса пробы щебня (гравия) до испытания;

q₂ - масса пробы после соответствующего цикла замораживания и оттаивания.

Щебень из естественного камня для дорожно-строительных работ для удобства составления нормативных указаний разделен на четыре класса, приведенные в табл. 6.2.11.

Таблица 6.2.11

Классификация щебня

Группа горных пород	Класс щебня	Марка по дробимости	Марка по износу
1. Изверженные породы: граниты, сиениты, диориты, габбро, базальты, андезиты, трахиты и др.	1	1200	И 1
	2	1000	И 2
	3	800	И 3
	4	600	И 4
2. Метаморфические породы: кристаллические сланцы, гнейсы, амфиболиты, кварциты	1	1200	И 1
	2	1000	И 2
	3	800	И 3
	4	600	И 4
3. Осадочные и карбонатные горные породы: известняки, доломиты	1	1000	И 1
	2	800	И 2
	3	600	И 3
	4	300	И 4
4. Осадочные породы: песчаники, туфы, туфобрекчии, брекчии, конгломераты	1	1000	И 1
	2	800	И 2
	3	600	И 3
	4	300	И 4

Для получения щебня повышенного качества, однородного по прочности и улучшенной формы, применяют обогащение - избирательное дробление, обогащение по прочности, по форме зерен и др. При избирательном дроблении в дробилках-грануляторах улучшение формы зерен происходит вследствие разрушения слабых зерен и примесей, что дает возможность удалить их при последующем грохочении. При наличии разнопрочного щебня в необходимых случаях прибегают к разделению по прочности предварительно отгрохоченного щебня в классификаторах.

Значительно улучшить качество щебня можно путем повышения активности поверхности зерен. Обработка зерен поверхностно-активными веществами повышает сцепление их с вяжущими веществами или придает зернам щебня водоотталкивающие свойства.