Карьерный песок

Карьерный песок – это разновидность строительного песка, добываемого открытым способом в карьерах. Невысокая цена и повсеместное распространение обеспечили ему широкую сферу применения в строительстве.

Карьерный песок относится к природным естественным пескам. Как правило, его месторождения расположены сравнительно неглубоко под почвенным слоем и представляют собой пласты разрушенных горных пород. Размер их частиц при этом может колебаться от 0,15 мм до 5 мм.

Основной особенностью этого вида песка является разнородность его состава и большое содержание посторонних примесей, что существенно ухудшает его технические характеристики. Такая загрязненность является следствием специфики карьерного способа добычи. Чтобы улучшить состав карьерного песка, его подвергают дополнительной обработке по очистке от нежелательных компонентов и удалению крупных кусков породы.

Виды карьерного песка

В строительстве карьерный песок классифицируется по размеру составляющих его зерен, способу обработки и составу.

  В зависимости от размера песчинок, карьерный песок разделяется на следующие виды:

• мелкозернистый — размер песчинок не превышает в диаметре 2 мм;
• среднезернистый — песчинки имеет размеры 2-2,8 мм;
• крупнозернистый — зерна песка могут достигать в размерах 5 мм.

  По способу обработки, песок, полученный из карьеров, делится на:

• сеяный — такой песок получают после просеивания через систему специальных сит, при этом из него удаляются камни и другие крупные включения;
• намывной — промывают водой при помощи гидромеханического оборудования — после такой очистки, карьерный песок избавляется от глинистых и почвенных примесей и приобретает улучшенный химический состав.

  По своему зерновому составу, карьерный песок может быть:

• кварцевый;
• слюдянисто-кварцевый;
• полевошпатный;
• известняковый;
• доломитовый.

В строительстве наибольшее применение получил кварцевый песок, появившийся в процессе разрушения горного кварца.

Характеристики и свойства карьерного песка

Необработанный карьерный песок, как правило, имеет средний размер зерна от 1,6 до 2 мм. Содержание в нем глинистых веществ и органических примесей, по сравнению с другими видами строительных песков,  очень высоко и может достигать 10% от его состава. Цвет карьерного песка может быть желтым, красным, бурым, или белым, в зависимости от его минерального состава. Форма зерна – неровная, с шершавой и пористой поверхностью. Такая форма обеспечивает лучшее сцепление песчинок с цементным раствором, что делает карьерный песок ценным строительным материалом.

В строительстве наиболее важными являются следующие технические характеристики карьерного песка:

• удельный вес;
• плотность;
• радиоактивность;
• влажность;
• процентное содержание примесей;
• коэффициент фильтрации.

Удельный вес – это вес единицы объема вещества. Если говорить о сыпучем строительном материале, то значение его удельного веса равно отношению его массы, выраженной в кг, к его объему, взятому в м³.
В зависимости от величины межзернового пространства, этот показатель может значительно отличаться для разных фракций одного и того же вида песка. Так, например, удельный вес мелкозернистого карьерного песка составляет 1700-1800 кг/м³. Среднего и крупнозернистого –1500-1600 кг/м³.

Плотность карьерного песка – величина равная его удельному весу. В строительстве для насыпных материалов принято понятие насыпной плотности. Обозначает она плотность неутрамбованного песка.

Насыпная плотность может изменяться под влиянием различных факторов. Влажность и механическое воздействие значительно влияют на ее показатели. Так, например, увеличение влажности приводит к уменьшению плотности. Это происходит из-за того, что каждая песчинка обволакивается водяной пленкой, и расстояние между ними увеличивается. Утряска и утрамбовка увеличивают плотность, уменьшая межзерновое пространство.
Плотность карьерного песка зависит и от его качественного состава. Чем выше содержание глинистых примесей, тем большую плотность будет иметь песок и наоборот.
На плотность карьерного песка также будет влиять размер его песчинок, или фракционная принадлежность. Чем больше фракция, тем меньше плотность песка.

Радиоактивность песка зависит от его месторождения. Песок из горных разработок, как правило, имеет повышенный радиоактивный фон. Для строительства жилых помещений и сельскохозяйственных комплексов, используют песок с первым классом радиоактивности. Для дорожных работ допускается применение второго и третьего класса.

Влажность песка напрямую влияет на его вес. Чем выше влажность, тем больше его вес. Для карьерного песка этот показатель не должен превышать 5-7%.

Содержание глинистых примесей и органических веществ в карьерном песке не должно быть больше 3%, сульфидов и серы - до 1%.
Коэффициент фильтрации обозначает его водопропускную способность. Для карьерного песка он может колебаться от 0,5 до 7 м/сутки, в зависимости от процентного содержания глинистых примесей и зернового состава.

Добыча карьерного песка

Карьерный песок добывается открытым способом из мест его естественных месторождений. При этом используются экскаваторы, бульдозеры и другая строительная техника. В самом начале карьерных разработок проводятся работы по обеспечении свободного доступа к месторождению. При этом с помощью экскаваторов производится снятие верхнего почвенного слоя – вскрытие. В дальнейшем устраиваются подъездные траншеи и площадки для транспорта. Вывоз карьерного песка осуществляется грузовым автомобильным транспортом, или железнодорожным.

Разработка карьеров проводится строго по карте геологических исследований, при этом периодически проводятся замеры качества и состава песка.

При необходимости, прямо на месте разработок проводятся дополнительные работы по очистке песка от камней и нежелательных примесей с помощью просеивания и промывания породы.

В зависимости от характера месторождения, карьеры бывают следующих видов:

• равнинные;
• косогорные;
• горные;
• водные.

Равнинные карьеры располагаются на открытых, сравнительно ровных поверхностях земной коры. При этом уровень залегания песка всегда ниже поверхности грунта. В зависимости от глубины разработок и близости грунтовых вод, равнинные карьеры могут быть как сухими, так и обводненными.

Косогорные карьеры расположены на склонах возвышенностей. Особенность таких карьеров заключается в том, что они всегда сухие.

Горные карьеры устраивают на месте разработок горных пород. Подобным образом добывают кварцевый песок.

Водные — располагаются в руслах высохших рек, водоемах и озерах. Такие карьеры всегда обводнены. Песок из водных карьеров добывается гидромеханизированным способом, с использованием землесоса и рыхлителя.

Способы улучшения состава карьерного песка

Как правило, карьерный песок имеет невысокие технические характеристики. В нем содержится большое количество нежелательных в строительстве примесей. Также, наличие в карьерном песке камней и других крупных включений, ухудшает его качественный состав. Чтобы очистить песок и сделать возможным его применение в более широких областях, используют дополнительные методы его обработки. К таким методам относится просеивание карьерного песка и его промывание.

Просеиванием получают так называемый сеяный карьерный песок. В отличие от необработанного, он более однороден по зерновому составу и не содержит камней и крупных обломков горных пород. Такой песок уже можно использовать для приготовления строительных смесей, при закладке фундаментов и штукатурных работах.

Мытый, или намывной карьерный песок получают в процессе его промывания большим количеством воды. Нередко это происходит в процессе его добычи из обводненных карьеров. В случае разработки сухих месторождений, устраивают искусственные резервуары, где и происходит процесс промывания песка. Намывной карьерный песок по своим техническим характеристикам очень близок к речному песку. Из него вымываются различные примеси, зерновой состав улучшается за счет фильтрации песка. Как правило, намывной песок имеет мелкозернистый состав и практически не содержит органических и глинистых включений. Очень часто полученный в результате промывания песок используется в качестве аналога речного песка. Такой песок с успехом применяют для производства бетонных смесей, железобетонных конструкций, в жилищном строительстве и дорожных работах.

Применение карьерного песка

Область применения карьерного песка напрямую зависит от его качественного состава.

Низкого качества пески используют в качестве насыпного материала, в сельскохозяйственных работах по улучшению почвенного состава, ландшафтном дизайне, а также в качестве заполнителя траншей и канав. Используют их в составе щебенчато-гравийных смесях и дорожных работах. Карьерный песок с невысокими техническими показателями очень часто применяют для поднятия уровня грунта в низинных и заболоченных местностях. В быту карьерный песок используется для посыпки парковых дорожек и тротуаров в зимний период. Добавляют его в состав цветочных и овощных смесей для посадки рассады. Хранение овощей в песке помогает уберечь их от порчи, что с успехом используется на продуктовых базах и овощехранилищах.

Карьерный песок также применяют в качестве септического и фильтрующего материала в очистных сооружениях, для устройства насыпных сооружений и выравнивания площадей под строительство. Кварцевый песок высоких марок используют в стекольной промышленности.

Просеянный карьерный песок применяется в строительных работах на этапе закладки фундамента, а также в качестве наполнителя для цементных смесей и асфальтных покрытий. Высокая способность к сцеплению с поверхностью, позволяет использовать сеяный карьерный песок в отделочных работах, в частности, в составе штукатурных смесей и цементных растворах.

Мытый карьерный песок используют для приготовления сухих строительных смесей и высококачественного бетона, железо-бетонных изделий и фундаментов.

Крупнозернистый карьерный песок применяют при изготовлении тротуарной плитки и бордюров, в качестве дренажа и основания под дорожное покрытие.

Мелкозернистый карьерный песок после его промывки используется для производства различных строительных затирок и шпаклевок, а также как наполнитель для наливных полов и декоративных отделочных материалов.

Чем отличается карьерный песок от речного?

Главное отличие карьерного песка от речного, в его качественном составе. Если в речном песке содержание глинистых примесей не превышает 1%, то в карьерном неочищенном этот показатель может достигать 10% и выше. Большое наличие глины и пылевидных частиц делает неочищенный карьерный песок непригодным для приготовления большинства строительных смесей, так как они значительно снижают прочность строительного материала.

Наличие органических примесей в карьерном песке могут привести к возникновению в строительном растворе процессов брожения, что отрицательно сказывается на качестве смеси и получаемого в результате материала. В речном песке органические примеси отсутствуют, или наблюдаются в незначительном количестве.

Способ добычи карьерного песка в большинстве своем открытый, за исключением водных карьеров. Речной песок добывается только гидромеханическим способом, который подразумевает закрытый метод разработок.

Стоимость речного песка значительно выше карьерного. Это объясняется большими затратами на его добычу и его высокими техническими показателями. Карьерный песок будет в 1,5 – 2 раза дешевле. Его химический состав не подходит для большинства строительных работ. Однако невысокая цена делает его незаменимым материалом в той области, где высокие технические характеристики не требуются.

Намывной карьерный песок по своему составу очень похож на речной песок, однако его все-таки можно отличить по характерной угловатой, неровной форме. Речной песок имеет округлую, форму и гладкую поверхность, получившуюся в процессе длительного воздействия на него воды. Такая форма обеспечивает речному песку высокий коэффициент фильтрации, что делает его незаменимым фильтрующим материалом. Однако неровная форма карьерного песка обеспечивает лучшее сцепление строительного раствора и после промывания, он предпочтительнее для строительных цементных смесей, чем речной.

Что лучше выбрать, карьерный песок, или речной?

Нередко неопытные покупатели затрудняются с выбором песка. Невысокая цена карьерного песка кажется им весомым аргументов в его пользу. Однако не стоит забывать об ограничениях, накладываемых на карьерный песок в области его применения. Сэкономив на качестве песка, можно получить огромную кучу проблем в дальнейшем.  Использованный не по назначению карьерный песок может привести к разрушению зданий и возможно даже к человеческим жертвам.

В то же время обработанный карьерный песок приобретает все качества речного, а нередко даже превосходит его. Все зависит от месторождения песка и способа его обработки. Поэтому при выборе любого вида песка надо в первую очередь смотреть его состав и технические характеристики, и в зависимости от работ, для которых он предназначен, и делать свой выбор. 

Коэффициент уплотнения песка

С понятием коэффициента уплотнения песка регулярно сталкиваются не только специалисты проектных организаций, но и эксплуатационники, непосредственно выполняющие работы на строительных площадках.

Коэффициент уплотнения грунта служит одним из основных критериев качества выполнения подготовительных работ на строительных участках и служит для сопоставления фактически достигнутого показателя плотности грунта на подготовленном участке с нормативным значением.

Также понятие коэффициента уплотнения широко используется для объемного учета сыпучих материалов.  Наиболее точным способом учета является весовой метод, однако на практике его использование часто нецелесообразно из-за отсутствия или труднодоступности весового оборудования. Использование объемного учета не требует сложного оборудования, но ставит проблему сопоставления объема материала в карьере (при добыче), в местах складирования, в кузове автомобиля (при перевозке) и при использовании на объекте.

Значимые факторы и свойства

Коэффициент уплотнения – это отношение плотности (объемной массы) «скелета» грунта на контролируемом участке к плотности того же грунта, прошедшего процедуру стандартного уплотнения в лабораторный условиях. Используется для оценки соответствия качества выполненных работ нормативным требованиям. Нормативные значения коэффициента для различных видов работ приведены в соответствующих ГОСТ, СНиП, а также в проектной документации на объект, и составляют обычно 0,95 – 0,98.

«Скелет» грунта – твердая часть структуры при определенных значениях рыхлости и влажности. Объемный вес «скелета» песка рассчитывается как отношение массы твердых составляющих к массе, которую имела бы вода, если бы занимала весь объем, занятый грунтом.

Определение максимальной плотности грунтов в стандартных условиях предполагает проведение лабораторных исследований, в ходе которых пробы грунта подвергаются уплотнению при постепенно увеличивающейся влажности до определения показателя оптимальной влажности, при которой будет достигнута максимальная плотность песка.

Коэффициент относительного уплотнения

При выполнении работ по перемещению песка, извлечению его из тела карьера, транспортировке и других операций, связанных с изменением таких свойств, как рыхлость, влажность, крупность частиц, происходит изменение плотности «скелета». Для расчета потребности и учета поступления строительного материала на площадку применяется  коэффициент относительного уплотнения – отношение весовой плотности «скелета» песка на объекте к весовой плотности на участке отгрузки.

Коэффициент относительного уплотнения определяется расчетным путем и указывается в проектной документации на объект строительства (если для снабжения песком используются плановые поставки).

При проведении расчетов учитываются: 

• физико-механические характеристики песка (прочность частиц, крупность, слеживаемость);
• результаты лабораторного определения максимальной плотности и оптимальной влажности;
• насыпной вес песка в условиях естественного расположения;
• условия транспортировки;
• климатические и погодные условия на период осуществления доставки, возможность отрицательных температур.

Уплотнение при обратной засыпке и трамбовке

Обратная засыпка – процесс заполнения вырытого котлована после выполнения определенных видов работ ранее вынутым грунтом или песком.

Процесс трамбовки выполняется по месту засыпки грунта с применением трамбовочных устройств, ударным воздействием или при применении давления.

В процессе выемки грунта происходит изменение его физических свойств, поэтому для определения объема необходимого для отсыпки песка необходимо учесть коэффициент относительного уплотнения.

Уплотнение при транспортировке

Транспортировка насыпных грузов автомобильным или железнодорожным транспортом такжеприводит к изменению плотности грунта. Встряхивание транспортного средства, воздействие осадков, давление верхних слоев песка приводят к уплотнению материала в кузове.

Для определения количества песка, необходимого для обеспечения заданного объема строительного материала на объекте, этот объем необходимо умножить на коэффициент относительного уплотнения, указанный в проекте на строительные работы.

Извлечение песка из тела карьера наоборот приводит к его разрыхлению и, соответственно, уменьшению весовой плотности. Это также необходимо учесть при планировании перевозок.