Каменные материалы

Каменные материалы для дорожного строительства получают из горных пород путем их механической переработки в карьерах или на дробильно-сортировочных заводах.

По геологическому происхождению все горные породы, слагаю­щие земную кору, делят на три группы: магматические (извер­женные), осадочные и метаморфические (видоизмененные).

К магматическим горным породам относятся гра­ниты, диориты, диабазы, базальты, которые образовались в результате застывания магмы как в слоях земной коры, так и на 1-е поверхности. Поднимаясь по трещинам в земной коре, магма вследствие снижения температуры и давления постепенно засты­вала на глубине или значительно быстрее на поверхности, образуя магматические глубинные и излившиеся горные породы.

Осадочные горные породы образовались путем осаж­дения и накопления в водной или воздушной среде продуктов выветривания исходных пород с последующим уплотнением и нередко цементацией осадка. Осадочные породы носят слоистый и пластовый характер. К ним относятся валуны, галька, гравий, пески, глины, песчаники, доломит и известняки.

Метаморфическими породами являются гнейсы, мраморы и кварциты. Они образовались в результате более или менее глубокого изменения (метаморфизма) магматических или осадочных горных пород под влиянием высокой температуры и давления, а иногда и химических воздействий.

К основным физико-химическим свойствам горных пород отно­сятся: прочность, хрупкость, морозостойкость, водопоглощение.

Прочность определяют по наибольшему сжимающему напря­жению, при котором разрушаются образцы размерами 5X5X5 см или цилиндры диаметром и высотой 5 см. В зависимости от предела прочности при сжатии, МПа, горные породы разделяют на следующие группы: очень прочные — более 120, прочные — 120...80, средней прочности — 80...60, слабые — 60...30 и очень сла­бые — менее 30.

Хрупкость — способность каменного материала внезапно раз­рушаться при ударной нагрузке — измеряется числом ударов гири массой 2 кг, необходимых для разрушения образца цилиндричес­кой формы диаметром и высотой 25 мм. Испытание проводят на специальном копре, увеличивая высоту падения гири каждый раз на 1 см. По показателю хрупкости горные породы делят на очень хрупкие с показателем менее 2 ударов, хрупкие — менее 5, вяз­кие — до 10 и очень вязкие — более 10.

Морозостойкость — это способность горной породы не раз­рушаться при периодическом замораживании и оттаивании. Испы­тание на морозостойкость заключается в попеременном замо­раживании каменного материала в насыщенном водой состоянии при температуре — 20 °С и оттаивании при температуре +20°С. В зависимости от качества горной породы она может выдер­живать 10...200 циклов. Морозостойкость обозначают М_рз с указанием количества циклов, которые выдерживает горная порода (например, М_рз10, М_рз15, М_рз100).

Водопоглощение характеризует количество воды в процентах, которое может поглотить и удержать образец горной породы молекулярными и капиллярными силами при нормальном атмо­сферном давлении. По показателю водопоглощения различают горные породы: очень большого водопоглощения — более 8 %, большого—3...8, среднего—1,5...3, малого—0,5...1,5 и очень ма­лого — менее 0,5 %.

Для устройства проезжей части и приготовления асфальто­бетонной смеси используют гравий, щебень и песок.

Гравием называется осадочная рыхлая порода, образовавшая­ся в результате естественного разрушения горных пород и состоя­щая из различных по крупности окатанных обломков минера­лов. Добытый в карьере гравий (рядовой) содержит различное количество песка. Если гравийный материал содержит песка бо­лее 50 %, его называют гравийно-песчаным. Гравий, полу­чаемый после грохочения и отделения песка, называется сортовым; разделяется он на следующие фракции (ГОСТ 8268—82): 70...40, 40...20, 20...10, 10...5 и менее 5 мм — гравийный песок.

Щебнем называется смесь обломков горных пород, получаемых в результате механического дробления. В зависимости от крупно­сти зерен щебень для дорожного строительства делят на фракции (ГОСТ 8267—82); 70...40 мм, 40...20 мм, 20...10 мм, Ю...5(3) мм.

В гравии и щебне встречаются зерна пластинчатой (лещадной) формы, у которых длина в 3 раза превышает толщину или ширину.

Гравий и щебень, предназначенные для приготовления асфальтобетонной смеси, не должны содержать зерен лещадной и игольчатой форм более 25 %, а пылевидных и глинистых частиц — более 2 %.

Прочность гравия и щебня характеризуют маркой, определяе­мой по дробимости при сжатии (раздавливании) в цилиндре или истираемости в полочном барабане с металлическими шара­ми. Потеря массы в % испытываемой пробы является показате­лем дробимости и истираемости гравия (щебня).

Природный песок образуется в результате выветривания извер­женных осадочных или метаморфических пород. Дробленый пе­сок получают путем измельчения прочных горных пород. Ка­чество дробленого песка выше качества природного, а стоимость больше.

К одной из основных строительных характеристик песка отно­сится крупность зерен. Наилучшими строительными свойствами обладают крупнозернистые пески, наихудшими — мелкозерни­стые с включениями пыли и глины. Для оценки зернового состава вводят показатель, который называется модулем круп­ности М_к. Для определения М_к пробу песка просеивают на ситах с размером сторон 0,63; 0,315; 0,16 мм и устанавливают массу полных остатков на ситах. Полным остатком называется сумма остатка на заданном сите и всех предыдущих. Модуль круп­ности песка представляет собой частное от деления на 100 суммы полных остатков на всех ситах, начиная с сита, размер сторон которого составляет 0,16 мм. По величине модуля крупности пески делят на следующие группы (ГОСТ 8736—85): повышенной крупности М_к 3,0...3,5; крупный — М_к 2,5...3,0; средний — М_к 2...2,5; мелкий — М_к 1,5...2; очень мелкий — М_к 1...1.5. В песке для приготовления асфальтобетонной смеси содержание пылевид­ных и глинистых частиц не должно превышать 3 % по массе, а органические примеси должны отсутствовать.

В зависимости от прочности исходной горной породы и гравия дробленый песок делят на четыре марки: 1000, 800, 600 и 400. Для первого из них применяют горные породы с прочностью при сжатии не ниже 100 МПа, для второго — не ниже 80, для третьего не ниже 60, а для четвертого — не ниже 40 МПа.