Горные породы для производства щебня: происхождение, стоимость, требования дорожной отрасли

Щебень — важнейший материал для дорожной отрасли. Он служит прочным основанием дорог, — один или в составе смесей, — применяется для укрепления обочин и, конечно, является главным каркасообразующим компонентом асфальта. При этом, под разные задачи требуется щебень из разных пород: в одном случае, к примеру при капитальном ремонте скоростной трассы — подойдет щебень из гранита, в другом — для устройства небольшой парковки — из известняка.

Стоит начать с того, что щебень — это общее название каменных материалов с размером зерен от 5 мм. Его получают на карьерах: cначала массив горной породы вскрывают, — например посредством взрыва, — затем измельчают на дробилках, и, наконец, сортируют по фракциям (группам размеров). Очевидно, что полученный на разных карьерах щебень по своим свойствам может сильно отличаться, — все зависит от происхождения горной породы и ее минерального состава.

Классификация горных пород по происхождению

Горная порода может состоять из одного или нескольких минералов. Наличие того или иного компонента в породе во многом зависит от ее происхождения: осадочного, магматического или метаморфического.

• Осадочные породы — это те, что образовались на поверхности земной коры, — на суше или в воде, — в результате постепенного осаждения и накопления минералов, жизнедеятельности организмов, выпадения солей из растворов.
• Магматические породы сформировались из магмы — при кристаллизации огненно-жидкого расплава, который образуется в земной коре и верхней мантии нашей планеты, — на глубине в десятках-сотнях километров от поверхности.
• Метаморфические — те же осадочные или магматические горные породы, только перекристаллизованные, — за счет воздействия высоких температуры и давления, прохождения различных химических реакций.

В дорожно-строительной отрасли для производства щебня используют преимущественно осадочные и магматические горные породы, поэтому в рамках данной статьи мы рассмотрим только их.

Осадочные горные породы

Главными представителями осадочных горных пород в дорожной отрасли являются карбонаты — известняк и доломит. Первый — известняк — практически полностью состоит из минерала кальцита, имеет небольшую твердость — 3 из 10 по шкале Мооса, и относительно невысокую плотность — 2,71 г/см³. Чаще всего встречается белого, бело-желтого, серого, реже красного, бурого и черного цвета.

По способу образования известняки разделяют на органогенные и хемогенные. Органогенные формируются в результате вымирания и осаждения на дне водоемов простейших организмов с раковинами, например фораминифер, или даже растений с «панцирями», например диатомей, — долгое время, год за годом, их останки накапливаются и уплотняются, создавая таким образом породу, которой характерна слоистость.

Хемогенные известняки образуются за счет осаждения карбоната кальция из различных вод: подземных, озерных, морских и других.

За миллионы лет, — из-за движения тектонических плит, — массивные платформы осадочных горных пород оказались на суше, порождая возвышенности и горы.

Доломит состоит из одноименного минерала доломита. Эта горная порода формируется за счет частичного вытеснения и замещения известняка магнием: кальцит CaCO3 — магнезиальный кальцит — и, наконец, доломит CaMg(CO3)2.

Доломит чуть более прочный, чем известняк, — его твердость 4, а плотность — 2,8-2,9 г/см³. Щебень из доломита — серовато-белый, реже с желтоватым, голубоватым и зеленоватым оттенком, иногда встречается буроватого и даже черного цвета.

Стоит отметить, что как в известняке, так и в доломите может присутствовать значительное количество его «минерала-собрата». Так, к примеру, если материал содержит 75% кальцита и 25% доломита, то такая порода будет называться известняк доломитовый, и наоборот: при 25% кальцита и 75% доломита — доломит известковый, — об этом говорит ГОСТ 25100-2020 «Грунты. Классификация».

Магматические горные породы

Магматические горные породы формируются за счет кристаллизации магмы. При этом, в зависимости от глубины становления, все породы разделяются на три группы:

• интрузивные — образуются на большой глубине при длительной кристаллизации магмы (десятки тысяч лет);
• жильные — формируются на относительно небольшой глубине (2-3 км от поверхности). Условно занимают промежуточное положение между интрузивными и эффузивными горными породами;
• эффузивные — возникают на поверхности — вследствие остывания лавы, то есть излившейся магмы.

Главным представителем интрузивной породы является гранит — самый распространенный материал в верхней части земной коры. Он состоит из нескольких минералов: кварца — в количестве 15-45%; полевого шпата: калиевого — в количестве 20-35%, натрий-кальциевого (плагиоклаза) — 25-35%; слюды — биотита, иногда мусковита — от 3 до 10%. Реже в граните можно встретить роговую обманку, цепочечный силикат — пироксен, чаще всего олигоклаз.

Гранит, в зависимости от процентного соотношения входящих в него минералов, представлен светло-серым, розоватым или даже красным цветом. Прочность гранита обеспечивает полнокристаллическое строение, а также высокая твердость основных компонентов: кварца — 7 по шкале Мооса, полевых шпатов — 5-6, биотита и мусковита — уже меньше — 2-3. Плотность гранита в среднем находится в диапазоне 2,54-2,78 г/см³.

Горными породами, схожими с гранитом по породообразующим минералам, являются гранодиорит и диорит. Первый служит промежуточным вариантом между гранитом и диоритом. Как и гранит, он состоит из кварца, — уже в меньшем количестве — от 10 до 20%, — а также полевых шпатов и биотита. Главное отличие — преобладание плагиоклаза — от 40 до 60%, и более частое включение роговой обманки.

Повышенное содержание плагиоклаза определило основной цвет гранодиоритов — серый. А плотность этой горной породы схожа с гранитами — в среднем до 2,7 г/см³.

Следующая порода — диорит — характеризуется еще меньшим количеством кварца — до 5%; еще большим содержанием плагиоклаза — от 60 до 80%, и роговой обманки — до 40%; редким включением биотита; наличием от 5 до 20% пироксена — чаще всего авгита.

Диорит, как и гранодиорит, серый, но уже более темный, — из-за повышенного содержания роговой обманки и авгита. К слову, эти минералы имеют высокую прочность: в среднем 5-6 по шкале Мооса. Плотность диорита может достигать 3 г/см³.

Еще одним представителем интрузивных горных пород, применяемых в дорожном строительстве, является габбро. За счет преобладающего черного цвета он сильно отличается от гранита, гранодиорита и диорита.

В качестве минеральной основы габбро выступают плагиоклазы — чаще всего лабрадор — в количестве от 35 до 65%; а также пироксен — авгит — также от 35 до 65%. Дополнительными минералами служат оливин, роговая обманка, реже биотит, магнетит, титаномагнетит. Структура породы — равно- и крупнокристаллическая.

Участники дорожно-строительной отрасли отдают предпочтение щебню из габбро из-за его высокой прочности и морозостойкости, — их обеспечивают глубинное происхождение породы, влияющее на формирование крупнозернистости и полнокристаллической структуры; достаточная твердость минералов, — у лабродора твердость 6, у авгита — 6,5, у оливина — 6,5-7; а также повышенная плотность — 2,76-3,27 г/см³.

Жильной породой-аналогом габбро является диабаз — он же долерит. Эта горная порода образуется на глубине до 2 км и имеет такую же минеральную основу, как и у габбро: плагиоклаз, пироксен и оливин. Цвет — темно-зеленый, темно-серый. Плотность в среднем около 3 г/см³.

Промежуточная порода между габбро и диабазом — габбро-диабаз. Его минеральный состав практически полностью совпадает с габбро. Основное отличие — мелкозернистая структура. Цвет — черный, темно-серый. Плотность — чуть больше 3 г/см³.

Излившийся аналог габбро — базальт. Это самая распространенная эффузивная горная порода, сформированная на континентальной и океанической земной коре.

Минеральный состав базальтов схож с составом габбро, при этом текстура вулканической породы может быть не только плотной массивной, но и крупнопористой. Цвет соответствует минеральной основе — темно-серый, черный или зеленовато-черный. Плотность — 2,6‒3,1 г/см³.

Говоря о горных породах, важно обратить внимание на их классификацию в зависимости от суммарного содержания кремнезема SiO2. В дорожной отрасли применяются:

• кислые породы — от 65% SiO2 — граниты, гранодиориты
• средние — 53-65% — диориты
• основные — 45-53% — габбро, диабаз, габбро-диабаз, базальт

Почему это важно: дело в том, что основные, а также карбонатные (известняк и доломит) горные породы обеспечивают лучшее сцепление с битумом, который является неотъемлемым компонентом асфальтобетонной смеси, — это влияет на качество и долговечность будущего слоя дороги. Кислые же породы не образуют прочных хемосорбционных связей с вяжущим, поэтому при использовании, к примеру, столь популярного у дорожников гранита, при производстве асфальта необходимо использовать адгезионные добавки.

Требования к щебню из горных пород

Сегодня актуальные требования к каменному материалу, применяемому в современном дорожном строительстве, указывает ГОСТ 32703-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и гравий из горных пород. Технические требования».

Так, выпускаемый на карьере щебень должен выполнять установленные нормы по:

• фракционности
• зерновому составу
• содержанию зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы: марка от Л10 (до 10%) до Л50 (35-50%)
• содержанию дробленых зерен
• сопротивлению дроблению и износу: марка от И1 (потеря массы при испытании до 15%) до И6 (потеря массы от 40 до 50%)
• дробимости: марка от М400 до М1400
• содержанию зерен слабых пород
• морозостойкости: от F15 до F400
• содержанию пылевидных и глинистых частиц
• содержанию глины в комках
• удельной эффективной активности естественных радионуклидов

В качестве дополнительных требований, которые, к примеру, могут быть указаны в документации, сопровождающей строительство, реконструкцию, капитальный ремонт или ремонт объекта транспортной инфраструктуры, включая работу с искусственными сооружениями, выступают:

• устойчивость структуры зерен против всех видов распада
• содержание вредных компонентов и примесей
• содержание органических примесей
• сопротивление истираемости по показателю микро-Деваль

Отдельно хотелось бы обратить внимание на требование стандарта по дробимости (читай — прочности) щебня: для каждой марки — от М400 до М1400 — указаны нормы для разных пород: отдельно для осадочных (в водонасыщенном состоянии) и отдельно для магматических. О чем это говорит: щебень из гранита и щебень из известняка под одной и той же маркой, к примеру М800, не будут характеризоваться одинаковой прочностью.

Стоимость щебня из разных горных пород

Стоимость щебня складывается из разных факторов, — местоположения карьера, происхождения и марки каменного материала, фракционности, объема закупки, сезонности и других, — поэтому точно определить стоимость щебня можно только под конкретные условия.

Тем не менее, в среднем по рынку стоимость гранитного щебня колеблется от 500 до 1500 рублей за тонну, из известняка — до 1000 рублей. Конечно, при этом всегда есть отдельные карьеры, где цена материала выходит за эти рамки. Так, одна из компаний реализует известняковый щебень фракции 5-20 мм и марки по дробимости М400 за 800 рублей, другая — за 900 рублей, третья — марки М800 — за 490 рублей, четвертая — марки М600 — уже за 1000 рублей, — здесь все индивидуально.

На сайте крупного горнодобывающего холдинга указаны цены за тонну щебня фракции 11,2-16 мм для некоторых горных пород.

• Базальт — М1400, F300, Л10, И1 — 1450 руб
• Диорит — М1400, F300, Л10, И3 — 1634 руб
• Доломит — М1200, F300, Л10, И1 — 1658 руб
• Габбро — М1400, F400, Л10, И1 — 1852 руб
• Габбро-диабаз — М1400, F400, Л10, И1 — 2033 руб

Отдельно хочется отметить, что наиболее низкие цены на щебень, вне зависимости от исходной горной породы, связаны с каменным материалом, выпущенным в соответствии с требованиями ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия», — к сожалению для части участников дорожно-строительной отрасли, данный стандарт в современных реалиях в большей степени не актуален.

Применение щебня из разных горных пород при выпуске асфальта

Выбор той или иной марки щебня для производства асфальта зависит от того, в качестве какого слоя будет выступать будущая смесь, интенсивности движения транспорта, дорожно-климатической зоны. Так, на основании стандарта на смесь, выбирается та или иная горная порода.

К примеру, ГОСТ на «Евроасфальт» — 58406.5-2020 — определяет, что для устройства верхнего слоя покрытия под легкие условия движения можно использовать щебень из магматических и осадочных горных пород: марки по дробимости не ниже М600, по морозостойкости — не ниже F50, по сопротивлению дроблению и износу — от И1 до И4 включительно, и так далее. Конечно, для тяжелых условий движения требования к показателям каменного материала повышаются: по дробимости — не ниже М1000, по сопротивлению дроблению и износу — от И1 до И2 включительно, и так далее.

Более того, информация о возможности применения щебня из определенных горных пород может быть указана в техническом задании заказчика.

Выбор того или иного каменного материала в том числе связан с возможностями ближайших поставщиков щебня. Очевидно, что в Санкт-Петербурге и Ленинградской области подрядные организации при выпуске асфальта могут преимущественно использовать гранит, — рядом Карелия, богатая магматическими горными породами.

В целом же, для устройства оснований городских дорог с небольшим трафиком, тротуаров и парковок — используют осадочные породы. Для всего остального — менее пористые, более плотные — магматические.

Если ваше предприятие планирует выпускать смеси с использованием осадочных или магматических горных пород, и вы ищете установку для этого, обратите внимание на оборудование от компании SOLOMATIC.

Мы поставляем:

— грунтосмесительные установки — для производства различных смесей, в том числе с возможностью добавления битумной эмульсии, цемента, извести и других вяжущих

— асфальтосмесительные комплексы — для выпуска асфальта по новым стандартам серии 58401 и 58406, теплых, литых смесей, с использованием асфальтогранулята и других

— бетоносмесительные установки — для приготовления всех видов бетона разных классов, с возможностью применения нужного вам количества добавок

Для получения более подробной информации и подбора необходимой комплектации, позвоните нам по телефону 8 (800) 555 73 40, отправьте запрос на sale@solomatic.ru или свяжитесь любым другим удобным способом из раздела с контактами.

Оборудование от компании SOLOMATIC — залог стабильного выпуска смесей в течение всего срока эксплуатации, вне зависимости от того, из какой горной породы создан щебень.