Kruszywa stosowane w budownictwie w świetle norm przedmiotowych

Normy odniesienia dla kruszyw stosowanych w budownictwie

Jak już wspomniano, w artykule skupiono się głównie na kruszywach zwykłych i pochodzenia naturalnego. Kruszywa te są sklasyfikowane jako:

1.  Kruszywa do betonu, wg normy PN-EN 12620+A1:2010 Kruszywa do betonu.
2.  Kruszywo mieszanek związanych i niezwiązanych hydraulicznie stosowanych w podbudowach drogowych wg normy PN-EN 13242+A1:2010 Kruszywa do niezwiązanych i związanych hydraulicznie materiałów stosowanych w obiektach budowlanych i budownictwie drogowym.
3.  Kruszywa do mas bitumicznych, wg normy PN-EN 13043:2004 Kruszywa do mieszanek bitumicznych i powierzchniowych utrwaleń stosowanych na drogach, lotniskach i innych powierzchniach przeznaczonych do ruchu.

Rodzaje kruszyw

Kruszywa stosowane w budownictwie muszą być przede wszystkim rozdrobnione na odpowiednie frakcje. Wtedy są dopiero przydatne do stosowania w mieszankach na podbudowy, do betonu, czy też masy bitumicznej. Frakcje dzieli się na:

1. Frakcja iłowa ≤0,01 mm;
2. Frakcja mułowa 0,01÷0,1 mm;
3. Frakcja piaskowa 0,1÷2,0 mm, która dzieli się na:
a. Piasek drobnoziarnisty 0,1÷0,5 mm;
b. Piasek średnioziarnisty 0,5÷1 mm;
c. Piasek gruboziarnisty 1÷2 mm;
4. Frakcja żwirowa ≥2 mm, która dzieli się na:
a. Żwir 2÷100 mm;
b. Bloki, głazy ≥100 mm [2].

Z uwagi na powyższe i sposoby pozyskania, kruszywa dzieli się również ze względu na pochodzenie z odpowiednich skał:

•  skały osadowe – są to zlityfikowane lub luźne utwory na powierzchni skorupy ziemskiej,
• skały metamorficzne – powstałe wskutek przeobrażenia skał – chemicznego, mineralnego bądź budowy wewnętrznej,
• skały magmowe – powstałe z magmy wskutek zjawisk wulkanicznych i plutonicznych [2].

Występowanie skał w Polsce jest ściśle zależne od ukształtowania terenu oraz od zlodowaceń na terenie kraju. Wiadomo, że skały osadowe, czyli piaski i żwiry występują w Polsce północnej. Duże skupisko kruszyw osadowych (czyli wapieni) znajduje się na terenie Kujaw. Jeśli chodzi o kruszywa ze skał magmowych czy metamorficznych, takich jak bazalty, granity, gnejsy, amfibolity – te występują w Polsce południowej. Ze względu na to, że w Polsce złoża są ograniczone pod względem występowania, do budowy dróg i obiektów transportuje się kruszywa z całego kraju do miejsca docelowego. Ten fakt nierzadko determinuje koszt całej inwestycji w przypadku szczególnych wymagań specyfikacji pod względem zastosowania odpowiedniego rodzaju kruszywa w podbudowie, czy też w betonie lub nawierzchni bitumicznej.

Kategoryzowanie kruszyw wg norm serii PN-EN

W serii przytoczonych wcześniej norm nie ma wymagań dla kruszyw, tak jak jest np. w normie PN-S 06102:1997 Drogi samochodowe – Podbudowy z kruszyw stabilizowanych mechanicznie, natomiast są wyszczególnione rodzaje kategorii, które przypisuje się do kruszyw, zależnie od ich właściwości fizycznych czy chemicznych. Konieczność stosowania tych norm jest uwarunkowana tym, że normy te są zharmonizowane i według nich sprzedaje się kruszywa jako produkty budowlane. Żwirownie i kopalnie muszą być zakładami korzystającymi z zakładowej kontroli produkcji, a niekiedy wymagają nawet certyfikacji jednostki zewnętrznej, aby legalnie sprzedawać kruszywo na inwestycje drogowe. Stosowanie nowych norm w kategoryzowaniu właściwości kruszyw nie jest trudne. Trudne jest natomiast napisanie odpowiedniej specyfikacji technicznej na inwestycję w taki sposób, aby wymagania dla kruszyw nie były ani zawyżone, ani zaniżone. Podczas korzystania z norm drogowych było prościej, ponieważ narzucono w nich zarówno wymagane właściwości kruszyw, jak i wymagania odnośnie do np. gotowej podbudowy drogowej z kruszywa.

Główną cechą kruszywa jest jego odpowiednia frakcja. Jest to pierwszy sposób podziału kruszyw ze względu na cel przeznaczenia do wbudowania:

•  kruszywa do betonu: frakcje 0/2 mm; 2/8 mm; 4/8 mm; 8/16 mm; 11,2/16 mm; 16/22,4 mm,
•  kruszywa do mas bitumicznych: frakcje 0/2 mm; 0/4 mm; 0/5,6 mm; 2/5,6 mm; 2/8 mm; 4/8 mm; 5,6/8 mm; 8/11,2 mm; 11,2/16 mm; 16/22,4 mm,
•  kruszywa na podbudowy drogowe: frakcje 0/2 mm; 0/4 mm; 0/16 mm; 0/31,5 mm; 0/63; 0/90 mm; 2/16 mm; 4/31,5 mm; 22,4/45 mm; 31,5/63 mm.

Ze względu na powyższe – aby kruszywo było przydatne do wbudowania lub zastosowania w odpowiednim materiale, musi odpowiadać kategorii uziarnienia, która określa ilość nadziarna i podziarna w przypadku deklarowanego przedziału frakcji. I tak np. dla normy PN-EN 13242+A1:2010 dla kruszywa grubego o kategorii uziarnienia GC85/15 można odczytać, że maksymalna zawartość podziarna to 15%, natomiast procent przechodzącej masy przez sito D (czyli największy deklarowany wymiar kruszywa) winien wynosić od 85 do 99 [3]. Kategoria kruszywa określa ilość podziarna i nadziarna, natomiast tolerancja uziarnienia odnosi się do tego, jakie mogą być odchyłki uziarnienia na sitach pośrednich głównej, deklarowanej frakcji. Wiadomo, że kruszywo nigdy nie jest idealne i powtarzalne co do składu, jednak musi odpowiadać pewnym wytycznym co do tolerancji. Dlatego określa się tolerancję zawartości, np. dla kategorii kruszywa o uziarnieniu ciągłym GTA20 oznacza, że ilość kruszywa na sicie pośrednim może wynosić ±20%. Sito pośrednie dla przedziału frakcji to D/2. W przypadku kruszyw o ciągłym uziarnieniu np. 0/8 mm sitem pośrednim jest sito 4 mm (8 : 2 = 4).

Kształt i płaskość kruszywa to istotne cechy, które przede wszystkim są zależne od metody kruszenia kruszywa, czyli rodzaju kruszarki. Wyróżnia się kruszarki:

•  szczękowe – wykorzystywane przede wszystkim do wstępnego kruszenia,
•  stożkowe – wykorzystywane w II i III fazie kruszenia, czyli nadawania już odpowiedniego rozmiaru kruszyw,
•  udarowe – wykorzystywane do wstępnego kruszenia lub drugiej fazy.

Od rodzaju i ustawień kruszarki oraz nadawy stosowanej w kruszeniu zależna jest płaskość i kształt kruszywa. W przypadku szczegółowych specyfikacji technicznych zwykle stosuje się jedną z tych dwóch kategorii. Wskaźnik płaskości wyraża sumę mas przechodzących przez sita prętowe o odpowiednim rozmiarze, wyrażoną w procentach w stosunku do masy całkowitej suchych ziaren. Metoda badania jest szybsza niż badanie wskaźnika kształtu, ponieważ parametr ten odnosi się do oznaczenia ilości ziaren nieforemnych, wydzielonych z próbki za pomocą suwmiarki zwanej suwmiarką Schulza. Metoda badania jest czasochłonna i niestety niezautomatyzowana jak np. sita prętowe.

Kolejnym ważnym parametrem dla kruszyw jest procentowa zawartość ziaren przekruszonych – parametr C, np. C50/30, co oznacza zawartość ziaren całkowicie przekruszonych na poziomie od 50 do 100%, natomiast ziaren zaokrąglonych od 0 do 30%. W praktyce stosuje się takie kruszywo na podbudowę drogową o frakcji 0/31,5 mm uzyskaną z przekruszenia skał osadowych (żwiru). W przypadku kruszenia skały litej uznaje się, że praktycznie 100% skały jest przekruszone i nie potrzeba dodatkowych badań do określenia ilości ziaren zaokrąglonych.

Zawartość pyłów określa się na podstawie zawartości frakcji przechodzącej przez sito 0,063 mm. Jest to inne sito niż w przypadku spojrzenia geologicznego. Natomiast zawartość frakcji pylastej jest ściśle uwarunkowana rodzajem kruszywa i jego przeznaczeniem. Dla kruszyw stosowanych w betonach uznaje się, że im mniej pyłów, tym lepiej dla mieszanki betonowej ze względu na jej urabialność lub same przyrosty wytrzymałości betonu. Natomiast dla kruszyw o uziarnieniu ciągłym stosowanych w podbudowach pewna ilość pyłów jest pożądana do właściwego zagęszczenia podbudowy. Oczywiście są maksymalne granice zawartości pyłów, które stosuje się w szczegółowych specyfikacjach technicznych. Zbyt wysoka zawartość frakcji pylastej jest odpowiedzialna za tworzenie się wysadzin w podbudowie, czy to w przypadku gruntu rodzimego, czy też na dłuższą metę – kruszywa. Dla mieszanek związanych hydraulicznie wymagana ilość pyłów jest istotnym wskaźnikiem stanowiącym o szczelności mieszanki. Z doświadczenia – pewien dodatek frakcji pylastej powoduje lepsze zagęszczenia warstwy oraz wyższe wytrzymałości w przypadku porównania wyników w stosowaniu kruszyw z pyłami lub bez.

Odporność na rozdrabnianie kruszywa to nic innego jak fizyczna właściwość skały na uderzenia. Określa się ją w bębnie zwanym Los Angeles i mierzy ilość kruszywa, która uległa rozdrobnieniu w stosunku do całej masy kruszywa poddanego badaniu. W praktyce im niższy wskaźnik Los Angeles, np. LA35, tym lepsza jakość kruszywa. Bardzo podobnym parametrem jest odporność na ścieranie kruszywa, czyli współczynnik mikro-Devala. Określa się procentową ilość ścieranego kruszywa poprzez stalowe kule w specjalnym bębnie. W przypadku betonów wysokich klas odporność na rozdrabnianie kruszywa determinuje, czy kruszywo przeniesienie obciążenia wytrzymałościowe, a beton osiągnie żądaną klasę.

Nasiąkliwość kruszyw jest parametrem stanowiącym o ilości wody, jaką kruszywo może przyjąć przy maksymalnym nasyceniu wodą. Natomiast mrozoodpornością kruszyw określa się ilość ubytku kruszywa w procentach po przebyciu określonej ilości cyklu mrozoodporności. W istocie oba czynniki powinny być od siebie zależne, jednak w praktyce badania dowodzą, że nie zawsze tak jest. Bywają kruszywa, które są mało nasiąkliwe, jednak nie są mrozoodporne i odwrotnie.

Podsumowanie

Kruszywa stosowane w budownictwie są kategoryzowane według norm w zależności od przeznaczenia. W normach nie podaje się parametrów dla kruszyw, dlatego ważne jest, aby w Szczegółowych Specyfikacjach Technicznych określić wszystkie potrzebne cechy kruszywa w odpowiednim zastosowaniu. Dostępność kruszyw w Polsce jest ograniczona ze względu na warunki geograficzne i nie wszędzie można zastosować kruszywa lokalne. Z punktu widzenia ekonomicznego i środowiskowego powinno się projektować w taki sposób, aby wykorzystywać maksymalnie kruszywa dostępne lokalnie.

Literatura

1. Osiecka E., Materiały budowlane. Spoiwa mineralne. Kruszywa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005.
2. Mizerski W., Geologia dynamiczna, wydanie trzecie zmienione, Wydawnictwo PWN SA, Warszawa 2015.