Все о плотности щебня

Без щебня невозможно изготовить бетон, выдерживающий высокие нагрузки. До получения бетона строительство многоэтажных зданий оставалось затруднительным. От параметров щебня, в том числе от плотности, зависят его стоимость и характеристики бетона.

Разновидностей щебня несколько, но их объединяют в первичный и вторичный. Первый получают путём дробления и измельчения горных пород, в частности, гранита и базальта, второй – с помощью дробления вторичного сырья (кирпичей и пено-/газоблоков, старой штукатурки, обломков бетонных конструкций и опор, асфальта, цементных покрытий).

По ГОСТу истинная плотность – материал без воздушных зазоров, чей кубометр весит какое-то количество килограммов. Насыпная – с воздушными зазорами, оставленными неплотно прилегающими друг к другу камешками. Зазоры образуются из-за неровностей камня. С этой целью мастера иногда оперируют обратным понятием – коэффициентом завоздушивания, являющимся процентным содержанием пустот в щебне. Иногда случается, что в зазоры, оставленные крупными камнями, просыпаются намного более мелкие – такое явление наиболее часто в нижней части кучи щебня, перевозимой или уже высыпанной самосвалом по месту доставки. В этом случае насыпная плотность достигает своего максимума.

Так, для гранитного щебня истинная плотность равна плотности гранита, для кирпичного – плотности небитого кирпича и так далее. Показатель плотности определяется наличием в минерале удельного количества (по весу и объёму) минералов, образующих тот же гранит.

Некоторое влияние на насыпной удельный вес оказывает лещадность – численность зёрен в виде иглы или клинка, отличающихся по форме от других камешков. Высоколещадный щебень снижает насыпную плотность и никак не отражается на абсолютной. Игольчатые или клиновидные гранулы щебня повышают количество пустот между камешками обычных форм. Лещадность отдельных партий щебня, производимого из камня, который добывается даже из одного и того же пласта гранита, индивидуальна. Низколещадный щебень стоит дороже, чем не отфильтрованная от заострённых гранул дроблёнка.

Гранитный (гравийный) щебень – самый востребованный и популярный. Насыпной удельный вес равен 1,3-1,7 г/см3. Фракция гранитного щебня до 5 мм относится к щебёночному отсеву. Он, в свою очередь, содержит повышенное количество пыли и остатков песка – значительно больше тех двух процентов, указанных в нормативах ГОСТа. Применяется такой стройматериал при отсыпании пешеходных зон, детских площадок и игровых полей. Частицы размером в 5-20 мм – обязательный компонент бетона для основания под одноэтажный частный дом, хозпостройки во дворе и на участке.

Щебень 20-40-миллиметровой фракции является обязательным компонент бетона под автомобильно-железнодорожные ж/б мосты. Они подвергаются постоянной многотонной динамичной нагрузке, часто принимающей характер вибраций с довольно высокой частотой – до десятков колебаний в секунду. Для лучших показателей применяют бетон с переменной фракцией в 5-40 мм на один камешек. Второе применение – заливка парковок для сверхтяжёлой спецтехники, весящей не одну тонну при опустошённом кузове подвижной единицы.

Щебень 40-70-миллиметровой фракции – в основном бутовый камень. Идёт для создания насыпей под шоссейные и железные дороги. Утрамбованный щебень с переменной фракцией обладает максимальной насыпной плотностью – 1700 кг/м3.

Известняковый щебень имеет лишь небольшой диапазон разброса насыпной плотности – от 1280 кг/м3, может прибавлять в этой величине до +50 килограммов на кубометр. Его достоинство – экологичность, лучшая морозоустойчивость. Он поглощает воды не более 2,5% даже при постоянных дождях, а количество примесей может достигать более чем 10% от его массы.

Шлаковый щебень легче воды – его насыпной удельный вес не более 800 кг/м3. Прочностная характеристика маркируется следующим образом: средний показатель варьируется в пределах М800-М1200, повышенный – в диапазоне М1400-М1600.

Вторщебень имеет повышенную плотность – порой едва ли не выше, чем гранитный: от 1200 до 2800 кг/м3. Мраморный – один из самых высоких: до 3000 кг/м3. Подыскать щебень выше 3 т/м3 весьма затруднительно: такой плотностью обладает лишь базальт, образующийся, например, при бурении нефте- и газоскважин глубиной до 15 км. Добыча базальтовых пород – дорогостоящее мероприятие, и базальтовые стройматериалы (щебень, базальтовая вата и гранулы) недёшевы. Плотность базальта – до 3,1 т/м3, она обусловлена существенной глубиной его залегания в земной коре планеты.

А вот камешки, получившиеся из битых пеноблоков, а также отслужившие свой срок шарики керамзита обладают плотностью в 250-600 кг/м3 и существенно легче воды.

Смешивая остатки от производства щебня разных типов и разновидностей, получают комбинированный щебень. Однако из-за разной плотности вторичный (включая первичный остаточный) щебень используют с осторожностью – главным образом при обустройстве мест, площадок и дорог, где идеально ровная (по меркам асфальтированной проезжей части) поверхность не столь важна.

Определить реальную – насыпную и абсолютную – плотность щебня достовернее всего в условиях лаборатории. Для пользователя (заказчика) наиболее подходящий способ – вычислить по разбросам значений из таблиц, используя пустую ёмкость, например, стеклянную банку в 1 л. Зная вес банки, легко рассчитать, какова насыпная плотность щебня.

Эталон литра в данном случае – банка объёмом в 1 л. На неё предварительно наносят отметку, увидев, до какого уровня в ней поднимется литр воды, налитой внутрь. Воду сливают, банку высушивают, и насыпают в неё объём щебня – так, чтобы в среднем его уровень пересекал отметку. Рассмотрим дальнейшие действия.

1. Из-за неровностей камешков грани и рёбра наиболее вышележащих могут заходить за линию и подниматься выше её. Отмеряя 1 дм3 щебня, его неоднократно встряхивают, пока камешки не займут максимум объёмного пространства в этом объёме.

2. Затем банку ставят на точные весы (можно использовать кухонные). Из полученного значения вычитают вес банки. Разница, получившаяся в итоге, является насыпным удельным весом щебня.

3. Чтобы подсчитать реальную плотность, в банку с сухим щебнем с помощью мерного стакана (с заводскими метками) доливают воду, пока её уровень не покроет (почти) все камешки, дойдя до линии. К примеру, в пустоты, оставленные 1 дм3 щебня, удалось влить обычный стакан воды (220 мл), заполнившей все воздушные зазоры между камешками.

Полученная разница – в данном случае 780 мл – и окажется полезным (действующим, реальным) объёмом щебня (780 см3 – из 1 дм3). Методом основного свойства пропорции (вспоминаем курс элементарной математики за VI класс) вычисляем вес 1 дм3 реального стройматериала, плотность которого измеряется в данный момент.

От того, насколько получившееся значение плотности щебня далеко от плотности гранита – 2,7 г/см3 (или 2,7 кг/дм3) – судят о качестве гранита. Слишком разнящееся с «гранитным» значение абсолютной плотности позволяет предположить, что щебень сделан вовсе не из гранита, а, скажем, базальтовый или, вообще, вторичный. Дело в том, что некоторые стройматериалы имеют похожий на гранитный цвет – например, дроблёный шифер, пущенный в переработку из-за множественного растрескивания листов после десятков лет активной и непрерывной эксплуатации. Раздробленный на мелкие кусочки шифер внешне напоминает мелкофракционный гранит или его отсев. Разобраться с плотностью щебня поможет ГОСТ-9578.

Нельзя недооценивать значение параметра насыпного удельного веса строительной щебёнки. Разведение бетона – явление неоднозначное: при увеличении насыпного удельного веса уменьшается количество цемента и песка: физически невозможно вместить в кубометр исходное количество сыпучих стройматериалов, рассчитанное для более крупного камня. Снижение количества песка и цемента при одновременном уменьшении фракции щебня оказывает положительное действие на затраты при покупке и доставке.

Так и поступают производители, разрушив горные породы при помощи взрывотехники.