Щебень

Щебень (в просторечии — щебёнка) — неорганический, неокатанный, сыпучий материал с зёрнами диаметром от 1 до 10 сантиметров^[1]^[2]^[3]. Образуется в природных условиях при естественном дроблении (например, выветривании) более крупных обломков. Искусственно получается путём дробления грубообломочных горных пород и гальки^[4], попутно добываемых вскрышных и вмещающих пород или некондиционных отходов горных предприятий по переработке руд (чёрных, цветных и редких металлов металлургической промышленности) и неметаллических ископаемых других отраслей промышленности и последующим рассевом продуктов дробления.

Средняя плотность щебня — от 1,2 до 3 г/см³.

История

Массовое строительство дорог во Франции началось в период правления Людовика ХII, но только в начале XVII столетия увеличилась интенсивность дорожных работ. Всё это потребовало применение новых технологий, где щебень являлся главным материалом для строительства дорог, и они были разработаны, так появилась система искусственного укрепления полотна дороги с помощью насыпки слоя щебня, усовершенствованная во Франции инженером специального дорожного корпуса Трезаге. С 1820 года в Западной Европе стала распространяться новая система устройства дорог Макадама^[5], которая в связи с последующими наблюдениями и введением в 1834 году французским инженером Полонсо укатки щебёночной одежды, дала начало применяемому повсеместно способу устройства шоссе в Европе.

Первоначально щебень получался посредством разбивки булыжного или других твёрдых пород камня на куски толщиной от 3,5 до 5 сантиметров^[6]. При ручной разбивке щебень обходился несколько дороже, чем при разбивке камня специальными машинами — камнедробилками, но зато материал получался более равномерный по крупности и отпадало меньше ненужных осколков. В дальнейшем в различных государствах мира были усовершенствованы методы массового производства и применения щебня в дорожном и других видах строительства.

Применение

Зёрна щебня имеют различную форму, в зависимости от лещадности. Поверхность их шероховатая, поэтому они хорошо сцепляются с цементно-песчаным раствором в процессе изготовления бетона.

Щебень фракции 3—8 и 5—20 используется для производства бетона и изделий из него. Фракцию 20—40 чаще всего применяют во время закладки фундаментов зданий (как часть «подушки»), а фракции 25—60 и 40—70 используются в дорожном строительстве.

Щебень фракции 25—60 может использоваться исключительно для балластного слоя железнодорожного пути (ГОСТ Р 54748-2011). В строительстве же, в соответствии с ГОСТ 8267-93, используются прочие фракции щебня.

Фракции

Стандартные:

1.	от 3 до 8 мм (так называемый — еврощебень)
2.	от 5 до 10 мм
3.	от 10 до 20 мм
4.	св. 20 до 40 мм
5.	св. 25 до 60 мм
6.	св. 20 до 70 мм
7.	св. 40 до 70 мм

Нестандартные:

1.	от 5 до 10 мм
2.	от 10 до 15 мм
3	от 15 до 20 мм
4.	от 70 до 120 мм
5.	от 100 до 300 мм

Лещадность

Содержание лещадных зерен — параметр, определяющий содержание в процентном соотношении лещадных (игловатых) зерен. В щебне нормируют содержание зёрен пластинчатой и игловатой форм. К зёрнам пластинчатой и игловатой форм относят такие зёрна, толщина или ширина которых менее длины в три раза и более. По форме зёрен щебень подразделяют на четыре группы:

Группа	Название	Содержание зёрен пластинчатой и игловатой форм
I	кубовидная	до 10 %
II	улучшенная	10—15 %
III	обычная	15—25 %
IV		25—35 %

Использование щебня кубовидной формы даёт наиболее плотную утрамбовку. Наличие в щебне зёрен пластинчатой и игловатой форм приводит к увеличению межзерновой пустотности в смеси. При изготовлении бутобетонных смесей это приводит к увеличению расхода связующего компонента, что влечёт за собой дополнительные материальные затраты. Кроме того, кубовидные зёрна обладают большей прочностью, чем зёрна пластинчатой и игловатой форм. Следовательно, использование кубовидного щебня в производстве бутобетонных смесей экономически целесообразнее.

В то же время при строительстве железных и автомобильных дорог применяют щебень повышенной лещадности, так как он обладает лучшими дренирующими свойствами.

Морозостойкость

Морозостойкость щебня характеризуют числом циклов замораживания и оттаивания. Разрешается оценивать морозостойкость щебня по числу циклов насыщения в растворе сернокислого натрия и высушивания. По морозостойкости щебень подразделяют на марки: F15, F25, F50, F100, F150, F200, F300, F400. В строительстве в основном применяют щебень с маркой морозостойкости не менее F300 (300 циклов замораживания и оттаивания).

Прочность

Прочность щебня характеризуют пределом прочности исходной горной породы при сжатии, дробимостью щебня при сжатии (раздавливании) в цилиндре, и износом в полочном барабане. Эти показатели имитируют сопротивление каменного материала при воздействии проходящих по дороге транспортных средств и механические воздействия в процессе строительства дорожных конструкций (укладка и уплотнение катками).

В зависимости от марки щебень делят на группы: высокопрочный М1200—1400, прочный М800—1200, средней прочности М600—800, слабой прочности М300—600, очень слабой прочности М200.

В щебне нормируют содержание зёрен слабых пород с пределом прочности исходной породы при сжатии в водонасыщенном состоянии до 20 МПа. По ГОСТ 8267-93 щебень марок М1400, М1200, М1000 не должен содержать зёрна слабых пород в количестве более 5 %, щебень марок М800, М600, М400 более 10 %, щебень марок М300 и М200 более 15 % по массе.

Наибольшим спросом пользуется гранитный щебень прочностью М1200, реже используется высокопрочный гранитный щебень или базальтовый щебень с маркой прочности М1400—1600. В основном он используется в производстве тяжёлых высокопрочных бетонов, в несущих мостовых конструкциях, фундаментах.

Радиоактивность щебня

Радиоактивность щебня — важная характеристика. Если продукция должна быть пригодна для всех без исключения видов строительных работ, что должно быть подтверждено соответствующими сертификатами и санитарно-эпидемиологическими заключениями, исследованиями спец. лабораторий, то это означает, что весь поставляемый гранитный щебень и др. виды высокопрочного щебня относятся к I-му классу по радиоактивности (удельная эффективная активность естественных радионуклидов А_эфф должна быть менее 370 Бк/кг). Для строительства дорог в пределах населённых пунктов подходит щебень II класса по радиоактивности (А_эфф должна быть менее 740 Бк/кг).

Разновидности щебня

Гранитный щебень

Гранитный щебень — это щебень из твердой горной породы зернистого строения, которая является самой распространённой на Земле. Гранитная скала представляет собой магму, застывшую на больших глубинах. Состоящую из хорошо сформированных кристаллов полевого шпата, кварца, слюды и т. д. И имеет цвет красный, розовый или серый, в зависимости от преобладания в нём шпата и слюды. Глыбы получают обычно путём взрыва монолитной скалы, затем они дробятся в машине, а полученный щебень просеивается по фракциям. Это последний этап производства щебня.

Фракции гранитного щебня

0—5 мм (гранитный отсев-ЩПС) — самая мелкая фракция гранитного щебня, в строгом понимании — не относится к щебню, а является побочным продуктом при его изготовлении. Применяется как декоративный материал для отделки, а также для отсыпания дорожек и дорог, детских и спортивных площадок; для изготовления бетонных изделий, в частности с поверхностью «мытого бетона»;
0—10 мм (ЩПС)
5—10 мм — самая мелкая фракция из коммерчески доступных. Используется в производстве бетона и конструкций из него для оптимизации фракционного состава крупного заполнителя, например в производстве плит перекрытия безопалубочным способом;
5—20 мм (смесь фракций 5—10 и 10—20) — пользуется наибольшим спросом. Используется в производстве бетона и конструкций из него, в фундаментных работах, при заливке мостовых конструкций, мостового полотна, дорожных и аэродромных покрытий оснований;
20—40 мм — средняя фракция. Применяется в производстве бетона, железобетонных конструкций, в строительстве автодорог и железных дорог, трамвайных линий, при закладке фундамента и возведении производственных зданий;
25—60 мм — фракция, применяемая при строительстве основания для железнодорожных путей;
20—70 мм, 40—70 мм — крупная фракция, используется в производстве бетона, массивных конструкций из него и на работы с большим объёмом бетона. Применяется также в дорожном строительстве в пределах населённых пунктов, при возведении производственных зданий и сооружений;
70—120 мм, 120—150 мм, 150—300 мм (БУТ) — бутовый камень, Применяется для забутовок, в габионах, в декоративных целях, обычно для отделки заборов, водоёмов, бассейнов.

Это стандартные, наиболее частые способы использования данных фракций гранитного щебня, однако для каждой из них существует множество вариантов применения.

По техническим характеристикам гранитный щебень является прочным (марка 800—1200) и высокопрочным (марка 1400—1600), морозостойким (марка 300—400), с низкой лещадностью (5—23 %) и 1 классом удельной эффективной активности А_эф (менее 370 Бк/кг).

Хорошие свойства гранита делают его популярным строительным материалом. Это лучший заполнитель для высокомарочного бетона. Гранит также используется как декоративный камень. Он может быть серым, красным или розовым и иметь множество оттенков, после шлифовки и полировки имеет красивую зеркальную поверхность. Гранит в основном состоит из кристаллов полевого шпата, кварца, слюды, содержание которых влияет на цвет и оттенки камня.

Гравийный щебень

Щебень из гравия — щебень, получаемый путём дробления гравия на различные фракции — 3—10 мм, 5—20 мм, 5—40 мм, 20—40 мм. Щебень из гравия применяют для фундаментных работ, для бетонов, в производстве ЖБИ, при строительстве дорог. Щебень из гравия — это колотый путём дробления, либо любым другим механическим способом гравий, имеющий 2 или более околотые стороны камня.

Известняковый щебень

Продукт дробления известняка, состоящего, главным образом, из кальцита (карбонат кальция — СаСО₃).

Известняковый щебень (иногда его ещё называют известковый или доломитовый щебень) — один из основных видов щебня, который помимо гравийного и гранитного щебня применяется в дорожном строительстве, а также при изготовлении железобетонных изделий. Также допускается его использование при устройстве дренажей, при условии того, что он имеет достаточно плотную структуру.

Вторичный щебень

Щебень, получаемый при дроблении строительного мусора — бетона, кирпича, асфальта. Для его получения используется то же самое оборудование, что и при производстве других видов щебня, процесс состоит из следующих основных стадий: сначала строительный мусор с помощью погрузчика помещается в бункер питателя, затем дробилка разбивает крупные куски на щебень, после этого проводится выборка металлических включений (на металлолом) и дальнейшее фракционирование щебня на грохоте (спросом пользуется и несортированная фракция).

Главное достоинство вторичного щебня — дешевизна, в среднем он в два раза дешевле гранитного. Энергозатраты на его производство по сравнению с другими видами щебня могут быть меньше до 8 раз. Себестоимость бетона с использованием вторичного щебня в качестве крупного заполнителя сокращается на четверть.

Вторичный щебень имеет широкое применение:

в качестве крупного заполнителя для бетона прочностью 5—20МПа;
в дорожном хозяйстве (отсыпка дорог, съездов, использование в качестве нижнего слоя дорог, не имеющих статуса федеральных);
в работах по благоустройству (посыпка под асфальтированные площадки, тротуары);
для укрепления слабых грунтов (траншеи инженерных сетей, днища котлованов).

Шлаковый щебень

Шлаковый щебень получают дроблением отвальных металлургических шлаков или специальной обработкой огненно-жидких шлаковых расплавов (литой шлаковый щебень). В настоящее время разработаны и применяются в строительстве разнообразные виды бетонов с применением как вяжущих, так и заполнителей на основе металлургических шлаков. Стоимость изделий из шлаковых бетонов на 20—30 % меньше, чем традиционных. В зависимости от крупности зёрен щебень делится на фракции: 5—10, 10—20, 20—40, 40—70, 70—120 мм. Зерновой состав шлакового щебня, как и других видов заполнителя, подбирается для обеспечения минимальной пустотности. Минимальная насыпная плотность щебня каждой из фракций составляет 1000 кг/м3. Содержание зёрен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы, должно быть для щебня: кубовидного — не более 15 %; улучшенного — 25 %; обычного — 35 %. Длина таких зёрен в три и более раза превышает их толщину или ширину.

Наряду с плотными отвальными шлаками для производства щебня используют пористые шлаки, образуемые из расплавов с большим газонасыщением, вспучиванием пузырьками выделяющихся газов. Шлаковый щебень применяется не только как заполнитель цементных бетонов, но также в дорожном строительстве для укрепления оснований и устройства асфальтобетонных покрытий.

Марка щебня по прочности

Прочность шлакового щебня характеризуется его маркой. Для щебня из доменного шлака, применяемого в качестве заполнителя тяжёлого бетона, установлено пять марок по прочности:

Щебень марки М1200 может быть использован при изготовлении бетона марки М400 и выше, М1000 — марки М300, М800 — марки М200 и М600 — ниже М200. Щебень низких марок применяется также при изготовлении бетонов более высокой прочности, но после соответствующей проверки и технико-экономического обоснования.

Примечания

↑ Крупнообломочная порода // Геологический словарь : [в 3 т.] / гл. ред. О. В. Петров. — 3-е изд., перераб. и доп. — СПб. : ВСЕГЕИ, 2010—2012.
↑ Палеогеографические методы исследований. Реконструкция палеогеографических событий и этапов: Учебное пособие. — М.: Географический факультет МГУ, 2012. — С. 37. — 199 с. — ISBN 978-5-89575-200-5.
↑ Ананьева Э.Г. Литолого-минералогический анализ. — Смоленск-Москва: СГУ, 1998. — С. 21. — 140 с. — ISBN 5-88984-044-4.
↑ Щебень // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
↑ Дорога // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
↑ Шоссе // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Ссылки

ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия (неопр.). Дата обращения: 18 марта 2009.
ГОСТ 8269.0-97 Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний (неопр.). Дата обращения: 18 марта 2009.
ГОСТ 8269.1-97 Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы химического анализа (неопр.). Дата обращения: 18 марта 2009.
ГОСТ 26644-85 Щебень и песок из шлаков тепловых электростанций для бетона. Технические условия. (неопр.). Дата обращения: 18 марта 2009.
ГОСТ 22856-89 Щебень и песок декоративные из природного камня. Технические условия (неопр.). Дата обращения: 18 марта 2009.
ГОСТ 5578-94 Щебень и песок из шлаков чёрной и цветной металлургии для бетонов. Технические условия (неопр.). Дата обращения: 18 марта 2009.

ГОСТ 22263-76 Щебень и песок из пористых горных пород. Технические условия (неопр.). Дата обращения: 18 марта 2009.

[1] Крупнообломочная порода // Геологический словарь : [в 3 т.] / гл. ред. О. В. Петров. — 3-е изд., перераб. и доп. — СПб. : ВСЕГЕИ, 2010—2012.

[2] Палеогеографические методы исследований. Реконструкция палеогеографических событий и этапов: Учебное пособие. — М.: Географический факультет МГУ, 2012. — С. 37. — 199 с. — ISBN 978-5-89575-200-5.

[3] Ананьева Э.Г. Литолого-минералогический анализ. — Смоленск-Москва: СГУ, 1998. — С. 21. — 140 с. — ISBN 5-88984-044-4.

[4] Щебень // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

[5] Дорога // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

[6] Шоссе // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]