Что называют щебнем? Это смесь угловатых обломков камня различной конфигурации размером от 5 до 150 мм.
Как получают щебень? Щебень получают дроблением изверженных горных пород, например гранита, диабаза и других плотных и водостойких осадочных горных пород (известняка, доломита и песчаника), а также метаморфических пород. Наиболее пригоден щебень из твердых пород, имеющих высокую прочность и морозостойкость. При применение щебня для дорожного строительства к показателям, которые необходимо учитывать, прибавляют истираемость и сопротивление удару.
По пределу прочности щебень подразделяют на марки. Щебень должен обязательно состоять из однородных по качеству обломков породы. Это очень важное требование. Нельзя допустить, чтобы в строительстве был использован щебень, полученный из обломков разных пород. Почему? Это нетрудно объяснить.
Допустим, что наряду с твердым, устойчивым к истиранию щебнем попадет мягкий или легко размокаемый, который сразу развалится, как только на него начнет действовать достаточно большая нагрузка. Представьте себе, что в бетонной колонне, поддерживающей, например, крышу заводского сооружения, окажутся слабыми несколько щебенок, лежащих рядом. Что может произойти? Колонна не выдержит нагрузки, и все сооружение будет разрушено. Таким образом, крайне важно знать возможность службы щебня в сооружениях.
В зависимости от назначения щебня к нему предъявляют те или иные требования. Так, для бетона высших марок требуется щебень из прочного камня. А вот щебень для дорожного строительства кроме прочности должен обладать еще высокой сопротивляемостью истиранию.
Ведь дорожный камень в числе стандартных нагрузок выдерживает интенсивное окатывание. Это означает, что, например, под железной дорогой отдельные куски щебенки будут тереться один о другой. И, конечно, чем тверже камень, тем меньше его истирание. Вот здесь необходима гранитная щебенка, как наиболее устойчивая: сопротивление раздавливанию гранитного щебня более 200 МПа — истирание ничтожное. Щебенка же из осадочных горных пород, например из известняков, для железнодорожных путей плохо подходит, так как очень интенсивно истирается.
Важным фактором является форма щебенки. Обычно в результате дробления ее форма приближается к кубу или тетраэдру. Это оптимальная форма. Хуже щебень с зернами плоской (лещадной) формы, так как они легко ломаются. Такую щебенку не используют в строительстве. Почему? Потому что необходимо, чтобы отдельные кусочки, составляющие щебенку, имели более или менее одинаковые размеры по всем трем измерениям. Только тогда она будет прочной.
В худших сортах щебенки содержится от 10 до 25% кусочков плоской формы. Если такую щебенку ввести в качестве крупного заполнителя в состав бетона, то в процессе изготовления они могут лечь паралельно друг другу. В этом случае бетон будет иметь неодинаковую прочность в разных направлениях.
Невольно возникает такой вопрос. Как могут образоваться плоские обломки при дроблении горной породы на щебенку? Все объясняется анизотропией горных пород. Если анизотропные, т.е. имеющие разные свойства в разных направлениях минералы располагаются в горной породе почти параллельно друг другу, то образуются плоские обломки. Что произойдет при дроблении? Направление трещин в первом зерне совпадет с направлением спайности во втором. При этом не будет никакой потери энергии. Далее трещина из одного зерна перейдет без всякой задержки в другое. Казалось бы, ничего особенного в нарушении структуры. Однако это скажется на прочностных свойствах камня. Примером влияния анизотропии на прочность камня может служить мелкозернистый гранит. При раздавливании в одном направлении прочность была равна 281 МПа, а в перпендикулярном — 257 МПа, т.е. примерно на 10% меньше.
Чтобы получить однородный щебень, его дробят в дробилках разных конструкций (щековых и конусных). Процесс дробления таков. Вначале крупные глыбы камня, иногда до 2 м в поперечнике, раскалывают на мелкие куски. Затем щебень поступает на рассев, потом снова дробление, еще раз рассев и опять дробление. Рассортированный по размерам щебень поступает в механизированные бункеры. Их отверстия расположены над тем местом, где будет стоять вагон. Когда подан железнодорожный состав, вагоны подводят под бункеры. Нажатием кнопки открывают бункеры и загружают вагоны щебнем. Затем состав отправляют по назначению. Весь процесс производства и погрузки щебня автоматизирован. Изготовленный и рассортированный щебень однороден. Лабораторным путем на заводе определяют гранулометрический состав, форму и размер зерен и его физико-механические свойства.
Щебень широко применяют в строительстве, главным образом в производстве железобетонных деталей, цементно-бетонных и асфальтобетонных смесей для дорожного строительства.
В ряде случаев при отсутствии щебня для природного камня строители используют щебень из искусственного камня (кирпичный и шлаковый).
В заключение рассказа о щебне приведем ряд факторов, касающихся дорожного щебня и его заменителей. Известно, что форма мелкой фракции, на которую истирается щебень, имеет большое значение при дорожно-строительных работах. Особое значение имеет наличие таких примесей, как глинистые сланцы, слюдистые породы, песчаники и мергели, которые могут быть в щебне. Вот они и создают глинистый продукт, затрудняющий движение по дороге и пачкающий ее поверхность (а это снижает безопасность движения).