Для кого это руководство: для подрядчиков, карьеров и дорожных инженеров, которые производят или проектируют щебёночно-песчаные смеси (ЩПС) оптимального состава и хотят иметь единый справочник по требованиям к материалу, процессу смешивания и установке. Цифры в таблицах требований взяты из индийской спецификации MoRTH, где этот материал называется wet mix macadam (WMM); таблица региональных аналогов показывает соответствующие материалы в других странах, включая ЩПС по ГОСТ 25607.
Что Такое ЩПС?
Щебёночно-песчаная смесь (ЩПС) оптимального состава — материал для оснований и дополнительных слоёв оснований из фракционированного дроблёного заполнителя и отсева дробления, который перемешивают с водой на установке до оптимальной влажности, затем укладывают слоями и уплотняют. В Индии тот же материал называют wet mix macadam (WMM). Поскольку каждая тонна выходит с установки уже перемешанной и увлажнённой, слой получается гораздо однороднее, чем щебёночное основание по способу заклинки (в Индии — water bound macadam, WBM), когда сначала распределяют крупный щебень, а затем на дороге втапливают мелкие фракции и воду.
ЩПС укладывают под асфальтобетонные или цементобетонные покрытия автомобильных дорог, магистралей, взлётно-посадочных полос аэропортов, портов и площадок для тяжёлой техники. Слой распределяет нагрузку от транспорта на нижележащие слои и создаёт плотную устойчивую платформу, которая при соблюдении требований не образует колей и трещин. В России и странах СНГ щебёночно-песчаные, гравийно-песчаные и щебёночно-гравийно-песчаные смеси (ЩГПС, часто пишут ЩПГС) нормирует ГОСТ 25607-2009: для оснований с непрерывной гранулометрией предусмотрены смеси С3–С8 с наибольшим размером зёрен от 120 до 5 мм — например, С4 с наибольшим размером зёрен 80 мм и С5 — 40 мм, — а смеси С1 и С2 предназначены для покрытий.
Один материал под разными названиями
| Регион | Материал | Типовой стандарт |
|---|---|---|
| Индия | Wet mix macadam (WMM) | MoRTH, раздел 400, пункт 406 |
| Великобритания | Несвязная смесь Type 1 | Specification for Highway Works, серия 800 |
| США | Graded aggregate base (GAB) | ASTM D2940 и спецификации дорожных департаментов штатов |
| Европейский союз | Несвязные смеси для оснований и дополнительных слоёв | EN 13285 |
| Испания | Zahorra artificial | PG-3, статья 510 |
| Франция | Grave non traitée (GNT) | NF EN 13285 |
| Россия и СНГ | Щебёночно-песчаная смесь (ЩПС), например С4 и С5 | ГОСТ 25607-2009 |
Требования к зерновому составу и методы испытаний в этих стандартах различаются; всегда работайте по стандарту, указанному в контракте.
Требования к Материалу на Примере MoRTH (Индия)
Пункт 406 индийской спецификации MoRTH требует твёрдый, долговечный и чистый дроблёный заполнитель с ограничениями по прочности, форме зёрен и пластичности. Основные требования:
| Показатель | Требование | Метод испытания |
|---|---|---|
| Ударная прочность заполнителя (aggregate impact value) | Не более 30% | IS 2386, часть 4 |
| Истираемость в барабане Лос-Анджелес | Не более 40% | IS 2386, часть 4 |
| Суммарный индекс лещадности и удлинённости | Не более 30% | IS 2386, часть 1 |
| Число пластичности фракции мельче 425 мкм | Не более 6 | IS 2720, часть 5 |
Зерновой состав
Для WMM в MoRTH предусмотрен один зерновой состав с наибольшим размером зёрен 53 мм. Обычно публикуемые границы для пункта 406:
| Сито IS | Полный проход по массе, % |
|---|---|
| 53 мм | 100 |
| 45 мм | 95–100 |
| 22,4 мм | 60–80 |
| 11,2 мм | 40–60 |
| 4,75 мм | 25–40 |
| 2,36 мм | 15–30 |
| 600 мкм | 8–22 |
| 75 мкм | 0–5 (в некоторых редакциях до 8) |
Перед подбором смеси сверьте границы с редакцией MoRTH, указанной в контракте. Для ЩПС по ГОСТ 25607 действуют собственные требования к зерновому составу каждой смеси.
Большинство дробильных комплексов не может выдать такой зерновой состав одним штабелем. ЩПС оптимального состава смешивают из трёх-четырёх отдельных фракций, например 40–20 мм, 20–10 мм, 10–5 мм и отсева 5–0 мм, поэтому смесительной установке нужен расходный бункер и ленточный дозатор для каждой фракции.
ЩПС, Заклинка и Смеси для Подстилающего Слоя: Сравнение
| ЩПС оптимального состава (WMM) | Основание по способу заклинки (WBM) | Смесь для подстилающего слоя (GSB) | |
|---|---|---|---|
| Слой | Основание, иногда дополнительный слой основания | Основание или дополнительный слой | Подстилающий (дополнительный) слой на земляном полотне |
| Способ приготовления | Перемешивание и увлажнение на смесительной установке | Щебень, мелкие фракции и вода втапливаются на месте | Фракционированный материал, смешанный на установке или на месте |
| Основная роль | Плотное устойчивое основание под покрытием | Основание дорог с небольшой интенсивностью движения | Распределение нагрузки и дренаж |
| Нормы (Индия) | MoRTH, пункт 406 | MoRTH, пункт 404 | MoRTH, пункт 401 |
| Контроль качества | Стабильный: заданный состав и влажность | Зависит от работ на месте | Зависит от источника материала и смешивания |
Подрядчики переходят от заклинки к ЩПС, потому что слой из смеси, приготовленной на установке, можно укладывать асфальтоукладчиком, он уплотняется за меньшее число проходов и надёжнее проходит испытания на плотность. На той же смесительной установке обычно выпускают и смесь для нижележащего подстилающего слоя — только с другим составом.
Влажность, Подбор Состава и Уплотнение
Сначала лаборатория определяет максимальную плотность и оптимальную влажность смеси заполнителей испытанием на уплотнение тяжёлой трамбовкой (в Индии — IS 2720, часть 8). Затем установка добавляет воду до оптимальной влажности с небольшим запасом на испарение при транспортировке и укладке в жаркие ветреные дни.
- Слишком сухо: слой не набирает плотность, мелкие фракции отделяются от щебня, поверхность выкрашивается.
- Слишком влажно: смесь «дышит» под катком, теряет прочность и дольше не готова к укладке следующего слоя.
- Требуемое уплотнение: 98% от лабораторной максимальной плотности с проверкой на объекте испытаниями на плотность.
- Толщина слоя: не менее 75 мм и до 200 мм в уплотнённом состоянии при использовании вибрационных катков.
Как Работает Установка для Производства ЩПС
Установка для производства ЩПС — в Индии её называют WMM plant — это грунтосмесительная установка, то есть смеситель непрерывного действия. MoRTH требует принудительного перемешивания в лопастном или тарельчатом смесителе; высокопроизводительные установки используют двухвальный лопастной смеситель, потому что он смешивает непрерывно, без остановок между замесами.
- Подача и дозирование: каждая фракция заполнителя находится в своём бункере, а ленточный дозатор под бункером выдаёт её в пропорции рецепта на сборный конвейер.
- Добавление вяжущего при необходимости: для оснований, укреплённых цементом, шнековый питатель под силосом цемента добавляет цемент в поток заполнителей. Обычной ЩПС вяжущее не нужно.
- Добавление воды: насос подаёт воду в распылительную штангу внутри смесителя, а расход воды настраивается на оптимальную влажность.
- Смешивание: два встречно вращающихся лопастных вала перетирают материал в однородную увлажнённую смесь по мере его движения через корыто.
- Накопление и отгрузка: смесь поступает в буферный бункер или силос, из которого загружаются самосвалы без остановки смесителя, а в кабине управления отображаются расход компонентов, расход воды и нагрузка двигателей.
Так устроены грунтосмесительные установки GELEN MP: не менее трёх расходных бункеров с ленточными дозаторами, внутренняя распылительная штанга, опциональная подача вяжущего и мониторинг в реальном времени, типоразмеры 300–400 т/ч и 450–550 т/ч.
Какая Производительность Вам Нужна?
Подбирайте установку по темпу укладки, а не наоборот. Пример расчёта:
- Ширина проезжей части 7 м, уплотнённый слой 0,20 м, цель — 1 км слоя за смену: 7 × 0,20 × 1 000 = 1 400 м³ в уплотнённом состоянии.
- При плотности в уплотнённом состоянии около 2,25 т/м³ это примерно 3 150 т.
- За 8-часовую смену примерно с 7 часами производительной работы: 3 150 ÷ 7 ≈ 450 т/ч.
Заложите запас на ожидание самосвалов, корректировку подачи воды и более широкие участки и подберите асфальтоукладчики и катки под тот же темп. Установка, работающая значительно ниже своей производительности, тратит энергию впустую; установка на пределе заставляет асфальтоукладчик простаивать.
- Достаточно расходных бункеров для каждой фракции смеси плюс один резервный для корректировок
- Ленточные дозаторы откалиброваны для каждого материала перед началом производства
- Дозирование воды рассчитано на самый сухой заполнитель и самую жаркую погоду на объекте
- Буферный бункер или силос, чтобы загружать самосвалы без остановки смесителя
- Стационарная установка для карьера, снабжающего много объектов; мобильная — для перемещения вдоль протяжённой трассы
Типичные Проблемы ЩПС и Их Причины
| Проблема | Вероятная причина | Что делать |
|---|---|---|
| Слой не проходит испытания на плотность | Влажность отклоняется от оптимальной, неверный зерновой состав или слишком толстый слой | Перепроверьте оптимальную влажность, состав смеси и толщину слоя; добавьте проходы катка |
| Расслоение щебня и мелких фракций | Сухая смесь, падение с большой высоты в самосвалы, неправильно отсыпанные штабели | Поддерживайте оптимальную влажность, используйте буферный бункер, отсыпайте штабели слоями |
| Состав смеси «уплывает» в течение дня | Ленточные дозаторы потеряли калибровку или бункер опустел | Откалибруйте дозаторы, поддерживайте бункеры заполненными, следите за расходом компонентов |
| Поверхность выкрашивается после укатки | Смесь пересохла при транспортировке | Укрывайте кузова самосвалов, сокращайте время доставки, учитывайте испарение |
| Слабые места под катком | Избыток воды или пластичная мелочь | Уменьшите подачу воды; проверьте число пластичности отсева |