KRUSZYWO WAPIENNE DLA DROGOWNICTWA Konrad Jabłoński

KRUSZYWO WAPIENNE DLA
DROGOWNICTWA
Konrad Jabłoński
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
1
• 1. Stereotypy:
Funkcjonujące stereotypy w odniesieniu do
kruszyw wapiennych, to najczęściej:
• kruszywo wapienne „lasuje się”,
• kruszywo wapienne jest zbyt nasiąkliwe.
• kruszywo wapienne jest zbyt miękkie.
Stereotypy te funkcjonują w odniesieniu do
większości osadowych skał węglanowych,
o różnej genezie i składzie chemicznym.
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
2
2. Podział skał węglanowych w zależności
od składu chemicznego:
Zawartość minerałów, % (mol):
Nazwa skały
CaCO3
CaMg[CaCO3]2
ilaste
wapienie i kredy
wapienie magnezowe
wapienie dolomityczne
> 90
> 50
≥ 50
< 10
< 15(MgCO3)
10 ÷ 50
< 10
< 10
< 10
dolomity
/ (dolomity margliste)
margle /(dolomityczne)
0 ÷ 10
/(10 ÷ 33)
< 50
90 ÷ 100
/ (67 ÷ 90)
( 33 – 67)
0
/ < (33)
> 50
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
3
2. Podział skał węglanowych w
zależności od okresu geologicznego:
Okres geologiczny
Rodzaje skał węglanowych
głębokomorskie*/płytkomorskie**
nazwa
mln lat temu
kambr
543-495
ordowik
495-443
sylur
443-417
Jak wyżej
dewon
417-354
Jak wyżej
karbon
354-290
**, głównie przywęglowe
Seminarium SPW
*- o najlepszych właściwościach,
** - o gorszych właściwościach
Jak wyżej
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
4
2. Podział skał węglanowych w
zależności od okresu geologicznego:
Okres geologiczny
Rodzaje skał węglanowych
głębokomorskie*/płytkomorskie**
nazwa
mln lat temu
perm
290-251
** wapienie rafowe i dolomity
trias
251-206
**wapień muszlowy, dolomity, margle
jura
206-142
** wapienie rafowe i margle
kreda
142-65
** wapienie rafowe, margle i kredy
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
5
3. Właściwości kruszyw węglanowych
• Geneza i wiek skał węglanowych oraz ich
skład chemiczny decydują o właściwościach
kruszyw produkowanych z tego surowca. Od
bardzo wytrzymałych i odpornych na wpływy
klimatyczne głębokomorskich dolomitów i
wapieni dewońskich do zupełnie słabych i
nieodpornych jurajskich margli oraz kredy.
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
6
3. Właściwości kruszyw węglanowych
cd.
• Kruszywa z dewońskich dolomitów i wapieni
płytkowodnych charakteryzują się znacznie
gorszymi właściwościami budowlanymi niż z
dewońskich dolomitów i wapieni głębokomorskich.
• Przydatność do robót drogowych kruszyw z
„młodszych” skał węglanowych (np.karbońskich,
permskich, triasowych, jurajskich) jest ograniczona,
ale ze względów ekonomicznych były i są one
stosowane wielu krajach świata, w tym i w Polsce.
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
7
3. Właściwości kruszyw węglanowych
cd.
• Przydatność kruszyw z węglanowych skał jurajskich była
przedmiotem badań IBDiM w latach 1979-1982 i na podstawie
tych badań w 1983 roku IBDiM opublikował następujące
Wstępne wytyczne wykonywania podbudowy:
• z chudego betonu z kruszywem ze słabych wapieni, (zeszyt 17)
• z kruszywa ze słabych wapieni stabilizowanego mechanicznie,
• z kruszywa ze słabych wapieni stabilizowanego żużlem
granulowanym, ( zeszyt 19)
„Wstępne wytyczne wykonania nawierzchni z mieszanek
mineralno-bitumicznych z kruszywem ze słabych wapieni”,
(zeszyt 20).
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
8
3. Właściwości kruszyw węglanowych
cd.
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
9
3. Właściwości kruszyw węglanowych
cd.
Wspomniane wytyczne wymagają aby kruszywo do
podbudów charakteryzowało się :
• ścieralnością LA nie wyższą niż 60 %,
• mrozoodpornością nie większą niż 10%,
• nasiąkliwością nie większą niż 6 %,
• zawartością pyłów nie więcej niż 10 %,
• WP po 5 krotnym zagęszczaniu wg Proctora: 30-75.
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
10
3. Właściwości kruszyw węglanowych
cd.
Wspomniane wytyczne wymagają aby kruszywo do
MMA charakteryzowało się :
• ścieralnością LA nie wyższą niż 55 %,
• mrozoodpornością nie większą niż 10%,
• nasiąkliwością nie większą niż 6 %,
• zawartością pyłów nie większą niż 3,5 %,
• zawartością ziarn nieforemnych nie większą niż 35
%.
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
11
3. Właściwości kruszyw węglanowych
cd.
Wspomniane wytyczne wymagają dodatkowo aby
kruszywo ze słabych wapieni do MMA
charakteryzowało się maksymalnym wymiarem ziarn
kruszywa do wykonywania warstw ścieralnych nie większym
od 8 mm, a do warstw wyrównawczych i wiążących nie
większym niż 12 mm, a dopuszczalny udział kruszyw ze
słabych wapieni w mieszance mineralnej nie powinien
przekraczać 40 %.
Wytyczne ograniczają zastosowanie tych kruszyw do
ruchu bardzo lekkiego i lekkiego (obecnie KR1).
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
12
3. Właściwości kruszyw węglanowych
cd.
Głębokomorskie skały węglanowe wczesnego
paleozoiku (kambr-dewon) charakteryzują się
bardzo dobrymi właściwościami
fizykomechanicznymi (klasa I/II), a jurajskie
znacznie gorszymi (klasa III i pozaklasowe) i te
zostały nazwane „słabymi wapieniami” we
wspomnianej pracy n.-b. IBDiM.
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
13
4. Przykłady zastosowań kruszyw węglanowych w
drogownictwie
Kruszywa z najstarszych, głębokomorskich skał węglanowych
(wapieni i dolomitów) od lat były i są stosowane do wykonywania
podbudów z kruszyw stabilizowanych mechanicznie i do
podbudów z MMA nawierzchni dróg obciążonych najcięższym
ruchem samochodowym, takich jak autostrada A-4 (Kraków –
Katowice), A-2 (Konin – Stryków), obwodnic miast: Kielce,
Skarżysko-Kamienna, Jędrzejów, Szubin, rozbudowa lotniska w
Warszawie i Rzeszowie itp.
Kruszywa ze płytkomorskich skał węglanowych, z młodszych
okresów geologicznych, były i są stosowane również do warstw z
MMA na drogach obciążonych ruchem lekkim (KR1) w ilości do
40 %(m/m) mieszanki mineralnej, głównie na drogach gminnych
i powiatowych Lubelszczyzny, Rzeszowszczyzny i Kielecczyzny.
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
14
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
15
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
16
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
17
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
18
5. Zamiast zakończenia
Przegląd właściwości skał węglanowych
ułatwia odpowiedź, czy dotychczasowe
stereotypy, że:
• kruszywo wapienne „lasuje się”,
• kruszywo wapienne jest zbyt nasiąkliwe.
• kruszywo wapienne jest zbyt miękkie,
w odniesieniu do ich właściwości są słuszne.
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
19
5. Zamiast zakończenia
Wszystkie trzy przytoczone stwierdzenia są na pewno
słuszne w odniesieniu do kredy i margli.
• Wszystkie trzy przytoczone stwierdzenia są na pewno
niesłuszne w odniesieniu do głębokomorskich skał
węglanowych wczesnego paleozoiku ( okresy: od
kambru do dewonu) i kruszywa z tych skał są w pełni
przydatne do robót nawierzchniowych. Ograniczeniem:
niska odporność na polerowanie - PSV).
• Płytkomorskie skały węglanowe (rafowe) z okresów od
kambru do dewonu charakteryzują się gorszymi
parametrami wytrzymałościowymi od głębokomorskich.
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
20
5. Zamiast zakończenia
• Pomiędzy kruszywami z głębokomorskich skał węglanowych z
wczesnego paleozoiku, a najsłabszymi kruszywami ze
płytkomorskich skał węglanowych okresu jury i kredy
znajduje się rozległe spektrum kruszyw o bardzo
zróżnicowanych właściwościach w zależności od ich składu
chemicznego, a w szczególności od zawartości poszczególnych
minerałów minerałów skałotwórczych , w tym dolomitu oraz
ilastych. Dolomit poprawia właściwości budowlane, a minerały
ilaste pogarszają je i to tym bardziej im większa ich zawartość w
skale. Margle wapienne i dolomityczne, bądź wapienie margliste
nie nadają się do robót nawierzchniowych, gdyż ulegają
rozpadowi pod wpływem czynników atmosferycznych.
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
21
5. Zamiast zakończenia
• Ze względu na skład chemiczny kruszyw węglanowych
nie będzie możliwe ich zastosowanie do podbudów z
kruszyw związanych hydraulicznie, gdyż spadek
wytrzymałości mieszanek jest nawet 10-krotnie wyższy
od dopuszczalnego (< 20).
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
22
5. Zamiast zakończenia
• Technicznymi kryteriami przydatności kruszyw z poszczególnych
rodzajów skał węglanowych dotychczas jest ich klasa i gatunek
wg PN-B-11112:1996 Kruszywa mineralne – Kruszywa łamane do
nawierzchni drogowych.
• Po zatwierdzeniu projektu dokumentu aplikacyjnego DA/PN-EN
13043 będą nimi: odporność na rozdrabnianie wg LA (od 20 do
50), nasiąkliwość, mrozoodporność (F1%NaCl≤ 7 %), kategoria
uziarnienia, kształt ziaren oraz jakość pyłów w kruszywie.
• Oznacza to, że mrozoodporne kruszywa węglanowe znajdą
również w następnych latach zastosowanie w drogownictwie, a w
szczególności do wykonywania warstw podbudów z mieszanek
kruszyw stabilizowanych mechanicznie oraz warstw z MMA.
Seminarium SPW
K. Jabłoński - Kielce, 12 maja 2005 r.
23