Роль кубовидного щебня в строительстве автомобильных дорог

Россия, 193318,Санкт-Петербург
Ул.Ворошилова д.6
Тел./факс: +7(921) 882-39-51
E-mail:office@ntds.ru
Сайт:www.ntds.ru
Роль кубовидного щебня в строительстве автомобильных дорог России
От редакции сайта:
Данная статья была написана в 2001 году в ходе маркетингового исследования,
обосновывающего создание компании «Новые технологии». К сожалению, приходится
констатировать, что основные положения статьи остаются в силе и по прошествии
десятилетия: Россия строит дорог очень мало (в 15-20 раз меньше, чем Китай) и
строит плохо (доля кубовидного щебня в верхних слоях дорог продолжает оставаться
ниже 30-40%). Соответственно и потребность в оборудовании для его производства
оставляет желать лучшего. Возможно, какие-то сдвиги в положительную сторону
начнутся с принятием в 2011 году закона об ответственности дорожных строителей
за качество дорог на все время их службы. Это подтолкнет строителей требовать
от производителей щебня повышения качества и приведет к росту спроса на
оборудование для производства кубовидного щебня.
Содержание:
1.Введение
2.Качественные характеристики щебня. Кубовидный щебень.
3.Районы производства щебня
4.Необходимые объемы производства кубовидного щебня до 2030 года
5.Анализ качества щебня, используемого для дорог в России сегодня
6.Требования к щебню для верхних слоев дорожного покрытия
7.Резульаты использования кубовидного щебня
8.Проблемы в производстве кубовидного щебня
9.Типы оборудования для производства кубовидного щебня
10.Зарубежные производители
11.Отечественные производители
12.Выводы
1.Введение
Одним из основных материалов, применяющихся для строительства, реконструкции и
ремонта автомобильных дорог, является щебень. Производство (продажа) щебня
относится к промышленности нерудных строительных материалов. Производство щебня
ведется путем добычи в карьере горной породы, которую путем дробления
перерабатывают в щебень. Он также получается при дроблении валунов речных
отложений и гравия песчано-галечных отложений.
Щебень производится на карьерах Ленинградской, Мурманской и Архангельской
областей, Карелии, Урала. Производство и продажа щебня регулируются стандартами
ГОСТ. Например, ГОСТ 8267-93 (Межгосударственный стандарт - Щебень и гравий из
плотных горных пород для строительных работ) распространяется на щебень и гравий из
горных пород с плотностью зерен от 2,0 до 3,0 г/см3 , применяемые в качестве
заполнителей для тяжелого бетона, для дорожных и строительных работ. При
производстве щебня и гравия должна проводиться их радиационно-гигиеническая оценка.
Полные тексты ГОСТов размещены на нашем сайте.
2.Качественные характеристики щебня
Россия, 193318,Санкт-Петербург
Ул.Ворошилова д.6
Тел./факс: +7(921) 882-39-51
E-mail:office@ntds.ru
Сайт:www.ntds.ru
От качественных характеристик щебня в значительной мере зависят потребительские
свойства (ровность, коэффициент сцепления и т.д.) и долговечность автомобильных
дорог. Особенно это относится к щебню, применяемому для устройства верхних слоев
дорожной одежды, непосредственно воспринимающих высокие механические нагрузки от
движущегося транспорта, находящихся под воздействием природных факторов
(переменный температурно-влажностный режим, многократное замораживаниеоттаивание, действие солнечной радиации и т.д.) и антигололедных химических средств.
Щебень, применяемый в дорожном хозяйстве, условно можно разделить на три группы:
1) щебень для устройства оснований дорожных одежд (любые, но преимущественно
осадочные скальные и рыхлые горные породы с крупностью фракций 5 - 20, 20 - 40, 40 70, О - 40, 0 - 70 мм);
2) щебень для нижних слоев покрытий (метаморфические и изверженные горные породы
с крупностью фракций 5 -20 и 20 - 40 мм);
3) щебень для верхних слоев покрытий из асфальтобетонных смесей типа А и
поверхностной обработки (изверженные и частично метаморфические горные породы
крупностью щебня от 5 до 20 мм) с содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и
игловатой формы не более 15% (группа 1 по ГОСТ 8267-93), который принято называть
"кубовидным". К высшему качеству щебня по категории кубовидности (так называемая,
первая категория) относят щебень с лещадностью менее 10%.
За последние годы сформировался устойчивый спрос на щебень кубовидной формы со
стороны дорожно-строительных организаций, но эта потребность в РФ сейчас
удовлетворяется только на 30 - 40% из-за ограниченности внедрения необходимого для
его производства оборудования, а также из-за того, что не смотря на государственную
ответственность за строительство дорог, рынок щебня (по большему счету весь частный)
относится к рынку «продавца», то есть рынок формируется не запросами покупателей, а
предложением продавцов (производителей) щебня.
3.Районы производства щебня
Следует отметить, что месторождения горных пород, используемых для производства
щебня кубовидной формы, размещены на территории России крайне неравномерно. В
Центральном, Северо-Кавказском и Поволжском регионах сосредоточены в основном
месторождения скальных и рыхлых осадочных горных пород (так называемые песчаногалечные смеси – ПГС). Имеется несколько месторождений изверженных горных пород,
наиболее значительным из которых является "Павловское" (Воронежская обл.).
Наибольшими запасами изверженных горных пород обладают Северо-Западный и
Уральский регионы.
Регионы Сибири и Дальнего Востока обеспечены всеми видами горных пород для
дорожного строительства.
Общий объем производства каменных материалов (щебень, щебень из гравия, гравий,
песок) в России в настоящее время составляет примерно 140 млн. м" в год, причем
примерно половина от этого количества используется в дорожном строительстве.
4.Необходимые объемы производства кубовидного щебня до 2030 года
Россия, 193318,Санкт-Петербург
Ул.Ворошилова д.6
Тел./факс: +7(921) 882-39-51
E-mail:office@ntds.ru
Сайт:www.ntds.ru
В соответствии с президентской программой "Дороги России XXI века" СоюздорНИИ был
произведен расчет потребности в различных дорожно-строительных материалах и
изделиях для нового строительства, реконструкции, ремонта и содержания
автомобильных дорог, в том числе была, определена потребность в различных видах
щебня.
Потребность в щебне кубовидной формы для дорожного строительства составит в 2002
году 9,6 млн. м3, в 2005 - 10,9 млн. м3, а в среднем за период 2001 - 2005 гг. - 10,0 млн. м",
2006 - 2010 гг. - 19,4 млн. м", 2011 - 2020 гг. - 37,0 млн. м".
Протяженность сети дорог общего пользования с твердым покрытием в настоящее время
(2001 год) в России составляет немногим более 600 тыс. км, и основная часть щебня
кубовидной формы будет использована на их ремонт и содержание.
Наибольшее количество всех видов щебня будет потребляться в Центральном регионе
России, где дорожное строительство ведется наиболее интенсивно.
5.Анализ качества щебня, используемого для дорог в России сегодня
Анализ продукции, выпускаемой предприятиями нерудной промышленности,
разрабатывающими месторождения изверженных горных пород, показывает, что они в
основном выпускают щебень в виде смеси фракции 5-20 мм и фракции 20-40 мм. К щебню
смеси фракции 5-20 мм, в основном используемой для приготовления асфальтобетонных
смесей для верхних слоев покрытий, имеются серьезные претензии со стороны дорожностроительных организаций.
Производимый щебень фракций 5-20 мм обычно сильно закрупнен и сильно лещаден:
так, рассевы показывают, что на сите с ячейками размером 12,5 мм содержание
материала составляет обычно 70% и более. Это не позволяет из поставляемого
материала подобрать оптимальный зерновой состав минеральной части
асфальтобетонных смесей, что существенно ухудшает физико-механические
характеристики асфальтобетона.
6.Требования к щебню для верхних слоев дорожного покрытия
Исследования СоюздорНИИ, а также отечественный и зарубежный опыты строительства
и эксплуатации автомобильных дорог позволили установить, что щебень для
приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий должен
выпускаться в виде узких фракций (5-10, 10-15, 15-20 мм). По западным стандартам
(применяется также в Белоруссии) максимальный размер щебня для верхних слоев
асфальтового дорожного покрытия не должен превышать 16мм. Из узких фракций щебня
сравнительно просто подобрать требуемые смеси оптимального зернового состава,
позволяющего получить более плотную укладку, с большим содержанием в полотне
дороги щебня, а не битума с песком, что существенно повышает прочность,
износостоякость и морозостойкость полотна дороги. Таким образом, применение
оптимальных смесей позволяет улучшить однородность контролируемых свойств
асфальтобетона, увеличить его плотность и сдвигоустойчивость.
Поставляемый щебень фракции 5-20 мм в большинстве случаев содержит чрезмерное
количество зерен лещадной формы - 25-40% и более, в то время, как было указано ранее
в соответствии с действующей нормативно-технической документацией для верхних
Россия, 193318,Санкт-Петербург
Ул.Ворошилова д.6
Тел./факс: +7(921) 882-39-51
E-mail:office@ntds.ru
Сайт:www.ntds.ru
слоев асфальтобетонных покрытий, должен применяться кубовидный щебень, где
содержание зерен лещадной формы не должно превышать 15%.
(Ред. - 24 апреля 2002 года было введено «Изменение №3 ГОСТ 8267-93 “Щебень и
гравий из плотных горных пород для строительных работ», которое ужесточило
требование к лещадности щебня. В частности, максимально допустимая лещадность
первой категории щебня была снижена с 15% до 10%. Данное Изменение Вы можете
найти на нашем сайте).
Повышенное содержание зерен лещадной формы отрицательно влияет на
удобоукладываемость и плотность асфальтобетонных смесей. Также следует учитывать,
что зерна лещадной формы обладают меньшей механической прочностью по сравнению с
кубовидными зернами щебня. Поэтому при строительстве (при укатке) и в процессе
эксплуатации (под воздействием движущегося автотранспорта)зерна лещадной формы
разрушаются, что может приводить к образованию свежих поверхностей не покрытых
битумом. Эти места являются первичными очагами разрушения асфальтобетона при
проникновении воды и действия затем попеременного замораживания-оттаивания.
Это также подтверждается исследованиями Союздорнии, где изучалась зависимость
между дробимостью щебня в цилиндре и содержанием в нем зерен лещадной формы.
Установлено, что с увеличением содержания в щебне (М 1200) зерен лещадной формы с
0 до 20% его дробимость увеличилась с 5 до 11%, то есть дробятся преимущественно
зерна лещадной формы.
7.Резульаты использования кубовидного щебня
Щебень узких фракций кубовидной формы впервые в широких масштабах в России был
применен для устройства верхних слоев асфальтобетонных покрытий при реконструкции
МКАД. На начало строительства (1996 г.) выяснилось, что щебень узких фракций
кубовидной формы в нашей стране в необходимых объемах не выпускается. Поэтому АО
"Центрдорстрой", являющимся основным подрядчиком строительства, для выпуска этого
щебня были закуплены три дробильно-сортировочные установки на базе центробежноударных дробилок производительностью 150-250 т/час иностранного производства.
Установки были смонтированы на промплощадках асфальтобетонных заводов и
выпускали щебень фракции 5-10 и 10-15 мм с содержанием зерен лещадной формы в
пределах 9-13%.
Представительные статистические данные показали, что асфальтобетонное покрытие на
МКАД, устраиваемое с применением щебня узких фракций кубовидной формы, стало
более сдвигоустойчивым. Среднее значение угла внутреннего трения асфальтобетона
повысилось примерно на 1,5 градуса, а разброс этого показателя снизился почти в два
раза. Среднее сопротивление сдвигу при расчетных условиях возросло с 0,789 до 0,840
МПа. При этом стандартный показатель прочности при сжатии при 50°С асфальтобетона
повысился в среднем на 0,3 МПа и достиг величины 1,6 МПа.
Применение более качественного щебня на МКАД позволило предотвратить образование
колеи в покрытии даже в форсмажорных случаях колонного движения и заторов
автомобилей при высоких температурах и увеличить срок его службы.
Россия, 193318,Санкт-Петербург
Ул.Ворошилова д.6
Тел./факс: +7(921) 882-39-51
E-mail:office@ntds.ru
Сайт:www.ntds.ru
8.Проблемы в производстве кубовидного щебня
При производстве щебня кубовидной формы необходимо учитывать, что форма зерен
дробленого материала в основном определяется текстурно-структурными особенностями
исходной горной породы, используемым оборудованием и технологией переработки.
Горные породы, применяемые в данном случае для получения щебня узких фракций
кубовидной формы, состоят из нескольких минералов, представленных кристаллами,
имеющими различную крупность. При дроблении такая горная порода разрушается по
границам раздела между кристаллами. При этом установлено, что с увеличением размера
кристаллов, при прочих разных условиях, выход щебня кубовидной формы также
увеличивается. Метаморфические горные породы обычно характеризуются слоистой
текстурой и при дроблении имеют естественную тенденцию расслаиваться на пластины
(зерна лещадной формы).
Примечание редакции сайта: на центробежно-ударных дробилках «Титан» получена
лещадность ниже 11-13% даже на таких сланцевых породах, как вскрышные
геллефлинтовые породы Костомукшского ГОКа.
9.Типы оборудования для производства кубовидного щебня
Для получения щебня кубовидной формы обычно применяют дробилки ударного действия
(роторными и центробежно-ударными), которые позволяют получать щебень, форма
зерен которого наиболее близка к кубовидной. Роторные (молотковые) дробилки
характеризуются значительными расходами на изнашиваемые части и повышенным
выходом отсевов дробления, поэтому их следует применять в том случае, если вопросам
экономики не придают особого значения, а решающим фактором является форма зерен
готового продукта. Также они подходят для производства щебня из менее твердых пород,
таких как доломиты и прочные известняки. Центробежно-ударные дробилки с
самофутировкой рабочих органов и ударных поверхностей измельчаемым материалом
имеют существенно меньший износ и используются для производства
высококачественного щебня из изверженных пород (гранитов, габродиабазов и т.п.)
Некоторого снижения содержания зерен лещадной формы в щебне можно добиться и при
использовании обычных конусных дробилок. Для этого необходимо, чтобы при дроблении
была, полностью заполнена камера дробления (так называемые КИДы – конусные
инерционные дробилки производства санкт-петербургского Механобра). При этом
дробление происходит не только между конусами дробилки, но и между зернами
материала, находящимися в камере дробления (дробление "в слое" или "в стесненных
условиях"). Имеющиеся в исходном материале и образующиеся в процессе дробления
зерна лещадной формы при этом, как механически наиболее слабые, разрушаются. Для
осуществления этого процесса дробилка должна быть оборудована датчиком уровня
материала в камере дробления, а также аккумулирующим бункером с питателем. При
недостатке материала в камере дробления увеличивается скорость питателя и
направляет необходимое количество материала в дробилку.
При производстве щебня узких фракций кубовидной формы на действующих
предприятиях нерудной промышленности необходимо учитывать следующее. Дробильносортировочное оборудование этих предприятий к настоящему времени физически
Россия, 193318,Санкт-Петербург
Ул.Ворошилова д.6
Тел./факс: +7(921) 882-39-51
E-mail:office@ntds.ru
Сайт:www.ntds.ru
значительно изношено и морально устарело.
Реконструкция дробильно-сортировочных предприятий связана с большими техническими
и финансовыми трудностями (замена дробилок на последней стадии дробления,
увеличение площадей грохочения, изменение внутренней транспортной системы,
расширение складов готовой продукции и т.д.). Поэтому целесообразно наряду с
реконструкцией щебнезаводов устраивать на промплощадках щебзаводов специальные
открытые дробильно-сортировочные установки некапитального типа, предназначенные
для получения щебня фракций 5-10, 10-15 и 15-20 мм с содержанием зерен лещадной
формы не более 15%. Эти установки более дешевы по сравнению с капитальными и их
можно смонтировать в течение одного-двух месяцев. В качестве исходного материала при
этом можно использовать щебень фракций 20-40 и 40-70 мм. Технологическое
оборудование (дробилки, грохота), применяемое в таких установках, в настоящее время
выпускается как отечественными, так и зарубежными фирмами. При работе таких
установок можно также учитывать сезонный спрос на щебень для дорожного
строительства.
10.Зарубежные производители
Как было сказано ранее, производство щебня узких фракций кубовидной формы в
промышленных объемах было организовано в России в середине 90-х годов прошлого
века. Для этого вначале в основном использовалось дробильно-сортировочное
оборудование зарубежных фирм "Svedala" (Швеция), "Nordberg" (Финляндия), "Parker"
(Великобритания), так как в России на этот период дробильного оборудования для
производства щебня кубовидной формы не выпускалось. Дробильное оборудование этих
фирм характеризуется высокой надежностью в работе, большими диапазонами
производительности и оснащено системами автоматического управления.
Система управления обычно имеет несколько программ дробления, обеспечивая при этом
автоматическое поддержание величины разгрузочной щели дробилки, что, в свою
очередь, обеспечивает стабильный зерновой состав готовой продукции. Дробилки
защищены от поломки при попадании недробимых (металлических) тел путем быстрого
увеличения разгрузочной щели, которая автоматически восстанавливается до заданного
размера после пропуска недробимого материала. Дробилки обычно работают "под
завалом" за счет автоматической связи между питателем и дробилкой. Питатель
включается при снижении уровня щебня в камере дробления. Работа "под завалом"
способствует повышению степени кубовидности щебня.
11.Отечественные производители
К чести отечественных машиностроителей следует отметить, что за прошедший период,
несмотря на сложное экономическое положение, они освоили выпуск дробильносортировочного оборудования для выпуска щебня кубовидной формы, стоимость которого
в 1,5-2 раза ниже аналогичного по производительности и назначению оборудования
зарубежных фирм. ОАО "Дробмаш" совместно с ЗАО НПЦ "Кибернетика" освоили выпуск
дробильно-сортировочной линии на базе конусной дробилки ДРО-560 с автоматической
системой управления САУ, выполняющей функции указанные выше. Дробилка имеет
производительность 40 м3/час и в качестве исходного материала использует щебень
крупностью 20-40 (70) и 40-70 мм.
Россия, 193318,Санкт-Петербург
Ул.Ворошилова д.6
Тел./факс: +7(921) 882-39-51
E-mail:office@ntds.ru
Сайт:www.ntds.ru
ОАО "Механобр-Техника" в настоящее время выпускает принципиально новые дробилки
КИД (конусные дробилки инерционного действия с регулируемым дебалансным
вибровозбудителем). Дробилки установлены на щебнезаводах (Карелия, Воронежская
область, Оренбургская область, Московская область и другие). Помимо того, что эти
дробилки обеспечивают выпуск щебня кубовидной формы, они позволяют примерно на
10% снизить выход отсевов дробления, а также имеют степень дробления в 1,5-2,0 раза
выше, чем у других конусных дробилок.
Дробилки КИД имеют производительность от 15 до 75 м"/час и в качестве исходного
материала используют щебень с максимальной крупностью до 140 мм. Конструкция
дробилок запатентована и применяется во многих западных странах.
ЗАО "Урал-Омега" продает центробежно-ударные дробилки ДЦ производства
белорусского НПО «Центр» для получения щебня кубовидной формы. Эти дробилки
широко используются в Уральском регионе (ЗАО "Южуралавтобан"). В этой дробилке
исходный материал разгоняется за счет центробежных сил до высоких скоростей и при
столкновении его с футеровкой корпуса происходит его измельчение. Степень
измельчения и соответственно выход готовой продукции может регулироваться за счет
изменения скорости. Лещадность получаемого щебня на граните не превышает 10% во
всех классах крупности.
12.Выводы
Таким образом:
1).Применение кубовидного щебня существенно повышает качество верхнего слоя
покрытия.
2).Потребность в кубовидном щебне удовлетворяется в РФ меньше чем на 50%;
3).Использование отечественного дробильно-сортировочного оборудования позволяет
обеспечить дорожное хозяйство щебнем кубовидной формы.
4).Стоимость щебня зависит от многих факторов, которые должны быть прописаны в
сертификате качества, сопровождающем каждую партию щебня:
- от вида изделия (цветной, промытый, кубовидный, из изверженных прочных пород и т.п.)
- от фракции (чем меньше фракция, тем больше труда вложено в ее производство, тем
выше цена).
- от объема приобретаемой партии.
- количества перевалок от производителя до потребителя (каждая перевалка приводит к
повышению содержания пылевидных фракций и попаданию в щебень мусора).
- от включения цены доставки в продажную цену
- от активности естественных радионуклеидов в щебне (относительно высокое
содержание допускает применение щебня только для дорожного строительства)
-от условий оплаты и т.п..