Zastosowanie kruszyw w realizacjach drogowych

Klasyfikacja kruszyw

Popularną definicją jest określenie kruszyw jako ziarnistego materiału stosowanego w budownictwie. Kruszywo może być naturalne, sztuczne lub pochodzące z recyklingu. Dzieli się je jednak na wiele kategorii – w zależności od ich pochodzenia, sposobu pozyskania, wielkości czy gęstości objętościowej.

Kruszywo naturalne jest to kruszywo pochodzenia mineralnego, które poza obróbką mechaniczną nie zostało poddane żadnej innej obróbce. Stanowi największą grupę wydobywanych i zużywanych surowców mineralnych. Wśród nich wyróżnia się kruszywa drogowe żwirowe, tj.: żwir, piasek i pospółkę, oraz kruszywa łamane: kliniec, tłuczeń, grys i kamień łamany.

Kruszywo sztuczne jest kruszywem pochodzenia mineralnego, które zostało uzyskane w wyniku procesu przemysłowego obejmującego termiczną lub inną modyfikację. Do nich zaliczamy m.in.: keramzyt, łupkoporyt, glinoporyt czy żużel granulowany i paleniskowy.

Kruszywo z recyklingu jest to kruszywo powstałe w wyniku przeróbki nieorganicznego materiału zastosowanego uprzednio w budownictwie, np. z przebudowy dróg (beton rozbiórkowy).

Przyjmując jako kryterium wielkość ziaren (ziarnistość kruszywa), dzielimy je na:

• drobne kruszywa – o wielkości ziaren mniejszych lub równych 4 mm,
• grube kruszywa – o wielkości ziaren większej od 4 mm,
• kruszywa o ciągłym uziarnieniu – są mieszanką kruszyw drobnych i grubych,
• kruszywa „wypełniacze” – kruszywa, które mogą przejść przez sito 0,063 mm,
• naturalne kruszywa – kruszywa pochodzenia rzecznego i lodowcowego o ziarnach wielkości od 0 do 8 mm.

Gęstość objętościowa jest stosunkiem masy kruszyw do ich objętości. W takim wypadku materiały sypkie dzielimy na:

•  lekkie – gęstość mniejsza niż 1800 kg/m³,
• zwykłe – gęstość od 1800 kg/m³ do 3000 kg/m³,
• ciężkie – gęstość większa niż 3000 kg/m³.

Jak można zauważyć, istnieje wiele sposobów klasyfikacji kruszyw. Analizując schemat omawianego podziału, można stwierdzić, że budownictwo drogowe korzysta na bieżąco z niemal wszystkich przedstawionych rodzajów kruszyw.

Kruszywa mineralne

Kruszywa mineralne są wykorzystywane do produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych i do warstw niezwiązanych konstrukcji drogowej (np.: warstwy filtracyjne, podsypki, warstwy mrozoochronne, itp.). Sztuczne są w szczególności stosowane Śląsku, gdzie wykorzystanie żużli, np. w warstwie mrozoochronnej, jest powszechną praktyką. Kruszywa z recyklingu często służą do budowy nasypu, a czasem też do niektórych dolnych warstw konstrukcji nawierzchni drogowej. Zastosowania w budownictwie drogowym nie znajdują jedynie kruszywa organiczne ze względu na niską trwałość. Przedstawiony podział jest ściśle związany ze sposobem pozyskania kruszywa – czy było ono zastosowane bez obróbki (naturalne kruszywa – piaski, żwiry), poddane procesom mechanicznego rozdrabniania (łamane), poddane obróbce, np. termicznej (sztuczne, tj. żużel, keramzyt), a może pochodzą z rozbiórki elementu budowlanego (np. gruz budowlany). Przykładowy podział kruszyw ze względu na ich zastosowanie przedstawia tab. 1.

Jednak podziałów jest znacznie więcej. W budownictwie drogowym, szczególnie przy produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych i betonów istotne są także właściwości chemiczne ściśle związane ze składem mineralogicznym. Kruszywa pod względem skał, z których pochodzą, dzielą się na: magmowe (wylewne i głębinowe), osadowe i przeobrażone. Najwyższą wytrzymałością (np. na ściskanie) charakteryzują się zazwyczaj skały magmowe, jednak często nie jest to jedyne kryterium wykorzystania danego kruszywa w budownictwie. Do produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych popularnie wykorzystywane są kruszywa pochodzące ze skał osadowych (dolomity), skał metamorficznych (kwarcyt) czy też magmowych (bazalt, granit).

Właściwości kruszyw

Właściwości kruszywa wpływają na jakość budowanych dróg. Aby kruszywo drogowe mogło zostać dopuszczone do użycia w konkretnym zastosowaniu, musi charakteryzować się określonymi parametrami.

Wśród podstawowych parametrów kruszywa drogowego można wyróżnić:

• odporność na rozdrabnianie (LA),
• odporność na polerowanie kruszywa (PSV),
• nasiąkliwość (WA₂₄),
• zawartość pyłów (f),
• mrozoodporność (F, F_NACL),
• zanieczyszczenia lekkie (m_lcp),
• kształt kruszywa (FI, SI).

Rodzaj kruszyw drogowych musi być dobrany stosownie do specyfiki danego terenu oraz późniejszego użytkowania danej nawierzchni. Przykładowo, właściwy dobór kruszywa do warstwy ścieralnej pozwala na uzyskanie wymaganego poziomu właściwości przeciwpoślizgowych nawierzchni drogowej. Dlatego musi spełniać niezbędne wymogi jakościowe, wyróżniać się odpowiednim poziomem wytrzymałości, odporności na skrajne warunki atmosferyczne oraz oddziaływanie mechaniczne.

Przy produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych, służących do wykonania warstw konstrukcyjnych nawierzchni takich jak podbudowa, warstwa wiążąca, warstwa ścieralna, istotne są przede wszystkim: uziarnienie kruszywa, jego odporność na rozdrabnianie, kształt ziaren, gęstość czy nasiąkliwość. Kruszywa przeznaczone do podbudów są sprawdzane także pod kątem: wskaźnika nośności (CBR), wilgotności optymalnej, mrozoodporności czy wskaźnika piaskowego. Warto również pamiętać, że inne właściwości kruszywa mogą mieć nie lada znaczenie. Przy produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych istotną rolę odgrywa kwasowość kruszywa, czyli zawartość krzemionki (SiO₂). Krzemionka negatywnie wpływa na powinowactwo między asfaltem a kruszywem, co wymusza stosowanie dodatków adhezyjnych.

Galeria