Материаловедение

Гравий и щебень являются кусковыми каменными материалами. В отличие от зерен щебня зерна гравия не имеют острых кромок.

Гравий (ГОСТ 8268—74)—продукт рассева природных гравийно-песчаных смесей. Используют также искусственный керамзитовый гравий, представляющий собой пористый материал, получаемый вспучиванием при обжиге различных глин или зол тепловых электростанций.

Щебень изготовляют дроблением и сортировкой по крупности горных пород (природного камня) (ГОСТ 8267—75), гравия (ГОСТ 10260—74), валунов, доменных и сталеплавильных шлаков металлургического производства (ГОСТ 3344—73).

Гравий и щебень из природного камня широко распространены. Их применяют в качестве заполнителей для бетона, асфальтобетона и как самостоятельные материалы в дорожном, аэродромном, железнодорожном строительстве.

По размеру зерен гравий и щебень разделяют на фракции. Различают 4 фракции: от 5 до 10; свыше 10 до 20; свыше 20 до 40; свыше 40 до 70 мм.

Помимо этих применяют оптимальные смеси, которые представляют собой состав из гравия (щебня), песка и других грунтов с частицами разной крупности. Содержание частиц определяется условиями получения максимальной плотности смеси и ее назначением.

Качество материала оценивают прежде всего по физико-механическим свойствам горной породы, из которой его изготовляют. Основные свойства — объемная масса, плотность, пористость, влажность, водопоглощение, морозостойкость, прочность на сжатие, удар и истирание.

Объемная масса — это масса единицы объема сухого материала с порами и пустотами. Объемную массу определяют в лаборатории. Объемная масса горных пород, применяемых для производства щебня и гравия, от 0,8 до 2,8 г/см3.

Плотность-— масса сухой породы в единице объема без учета пор и пустот. Плотность горных пород 2,65—2,80 г/см3.

Пористость — степень заполнения материала (породы) порами.

Влажность и водопоглощение характеризуют способность материала впитывать и удерживать воду.

Водопоглощение породы может составлять более 8%.

Морозостойкость характеризует способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное, требуемое по условиям долговечности или срока службы материала, число циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Пределом прочности называют наибольшее напряжение, соответствующее нагрузке, при которой происходит разрушение материала. Определяют предел прочности на образцах цилиндрической или кубической формы. Сторона куба равна 5 см.

Предел прочности при сжатии каменных материалов составляет 25Мпа.

При насыщении водой прочность породы снижается.

Прочность на изгиб в несколько раз меньше прочности на сжатие.

Прочность на удар определяют, изготовляя образцы цилиндрической формы диаметром и высотой 25 мм. Испытание проводят на специальном копре. Образец разрушают с помощью гири массой 2 кг.

Прочность на истирание устанавливают на вращающемся горизонтальном круге путем постоянного прижима и подачи кварцевого песка с размером зерен 0,3—0,6 мм. За показатель прочности принимают потерю массы образца на 1 см2 площади образца за 1000 оборотов круга.

Объемную насыпную массу щебеночного материала определяют, взвешивая щебень (гравий) в мерном цилиндре. Перед взвешиванием материал высушивают до постоянной массы. В цилиндр материал насыпают с высоты 10 см до образования над ним конуса. Конус на уровне краев цилиндра срезают.

Объемную насыпную массу определяют два раза и устанавливают среднее значение.

Контроль качества готового щебня и гравия заключается в определении основных показателей: зернового состава, содержания пылевидных, глинистых и илистых частиц, зерен слабых пород, зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой форм, объемной насыпной массы.

Порядок определения зернового состава по ГОСТ 8269—76 следующий. В зависимости от максимальной крупности зерен берут пробу материала массой от 5 до 50 кг. Просеивают материал через набор сит, промывая водой частицы грунта. Частицы, прошедшие с водой через нижнее сито с отверстиями размером 0,14 мм, отбрасывают. Остатки материала на каждом из сит высушивают до постоянной массы и взвешивают. Остаток материала на каждом сите называют частным остатком.

По результатам просеивания устанавливают наибольшую. и наименьшую крупность зерен. Наибольшая крупность соответствует размеру отверстия наибольшего сита, полный остаток на котором составляет 5% от просеиваемой навески. Наименьшая крупность Дюйм определяется размером отверстия наименьшего сита, на котором полный остаток составляет 95%.

Содержание в материале зерен слабых пород определяют, разбирая пробу путем внешнего осмотра с помощью лупы. При сортировке зерен слабые породы выделяют, разламывая руками и разрушая легкими ударами молотка. При царапании иглой на поверхности слабых зерен остаются царапины. Обычно эти зерна имеют округлую форму.

По аналогичной формуле определяют содержание в щебне и гравии пластинчатых и игловатых зерен. Для этого из взятой пробы визуально отбирают зерна, толщина или ширина которых меньше длины в три и более раза. Если визуально трудно определить размеры, пользуются штангенциркулем или шаблоном.

В результате раскладки и уплотнения гравия и щебня машинами изменяется их объемная масса, плотно укладываются зерна материала. В процессе этих операций на дороге объемную массу определяют следующим образом. Делают лунку на ровном участке дорожного полотна путем отбора зерен материала так, чтобы соседние зерна не сдвигались. Выбранные зерна взвешивают. В лунку засыпают сухой песок из мензурки и разравнивают. Насыпанный в лунку песок должен быть на уровне поверхности дороги. Песок разравнивают линейкой. Объем отсыпанного песка устанавливают по делениям мензурки. Разделив массу выбранных и высушенных зерен материала на объем лунки, равный объему песка, определяют объемную массу гравия (щебня).