Wydrukuj tę stronę
wtorek, 01 maj 2018 18:20

Kruszywa wapienne w infrastrukturze Wyróżniony

Napisane przez  Jarosław Rokita
Kopalnia wapienia na Kujawach Kopalnia wapienia na Kujawach LafargeHolcim

Wapień jest skałą osadową zbudowaną głównie z węglanu wapnia (CaCO3). Stanowi on półprodukt w wielu dziedzinach przemysłu, jest np. używany do produkcji cementu lub spoiwa wapiennego. Ze skały wapiennej mogą być też produkowane kruszywa stosowane w różnych segmentach budownictwa. Szczególne znaczenie mają one w segmencie budownictwa infrastrukturalnego.

Właściwości kruszyw wapiennych spełniają wymagania dla większości zastosowań drogowych, szczególnie jeśli wymagania te są racjonalnie dobrane do potrzeb elementu konstrukcyjnego.

Skały wapienne – pochodzenie i występowanie

Skały te powstały z luźnych osadów wapiennych, które z biegiem lat, w wyniku różnych porcesów geologicznych, uległy konsolidacji. Jednym z takich procesów, mającym kluczowe znaczenie dla właściwości fizyko-mechanicznych skał, była cementacja, czyli łączenie się większych ziaren poprzez wypełnianie przestrzeni międzyziarnowych naturalnymi spoiwami, np. krzemionką. Występowanie skał wapiennych na terenie naszego kraju wynika z jego historii geologicznej. Powierzchniowe odsłonięcia tych skał występują głównie na południu Polski, w szczególności w Górach Świętokrzyskich, Jurze Krakowsko-Częstochowskiej i na Lubelszczyźnie. Lokalnie można je spotkać również w innych lokalizacjach, np. na Kujawach.

Właściwości kruszyw wapiennych

Głównym składnikiem skał wapiennych jest węglan wapnia (CaCO3), występujący np. pod postacią kalcytu. Kalcyt jest minerałem dość miękkim (twardość w skali Mohsa – 3), jednak ta cecha nie stanowi żadnej przeszkody w jego szerokim zastosowaniu w budownictwie. Zależnie od okresu powstania skały oraz działających na nią procesów, kruszywa wapienne mogą się różnić właściwościami.

Jak większość skał osadowych, zwłaszcza węglanowych, wapień cechuje się zazwyczaj nasiąkliwością wyższą niż skały magmowe i metamorficzne, jednak nie przekłada się to negatywnie na odporność kruszywa na wielokrotne cykle zamrażania i rozmrażania. Kruszywa wapienne mają zadowalającą mrozoodporność dla wielu aplikacji infrastrukturalnych, a niektóre z nich nie ustępują pod tym względem nawet skałom twardym.

Wysokiej jakości kruszywa wapienne mają natomiast dobrą odporność na rozdrabnianie, przewyższającą często nawet odporność kruszyw granitowych. Kruszywa wapienne cechuje gęstość na poziomie 2,7 Mg/m3, co daje im często przewagę ekonomiczno-logistyczną nad kruszywami ze skał twardych, jak bazalt, które wyróżniają się gęstością nawet o ponad 10% wyższą. Należy jeszcze podkreślić, że doskonała, trójkierunkowa łupliwość kalcytu sprzyja uzyskiwaniu foremnych ziaren kruszywa wapiennego.


Zastosowanie kruszyw wapiennych

Kruszywa w budownictwie infrastrukturalnym stanowią podstawowy materiał konstrukcyjny. Znajdują zastosowanie w mieszankach mineralno-asfaltowych, betonach cementowych, a także w warstwach z mieszanek niezwiązanych (dawniej kruszyw stabilizowanych mechanicznie).

We wszystkich wymienionych aplikacjach jest miejsce dla kruszyw wapiennych. Ze względu na obowiązujące wymagania w zakresie odporności kruszyw przeznaczonych do warstwy wierzchniej na polerowanie (warstwa ścieralna z mieszanki mineralno-asfaltowej lub warstwa nawierzchniowa z betonu cementowego) stosowanie w nich grubych kruszyw wapiennych jest ograniczone, zwłaszcza na drogach wyższych klas technicznych. Jednak znane są trwałe zastosowania kruszywa wapiennego, np. do warstwy ścieralnej z betonu asfaltowego na drogach lokalnych.

Wspomniane ograniczenie dotyczy kruszyw grubych. Wiele drobnych kruszyw wapiennych można stosować z powodzeniem nawet do najbardziej wymagających aplikacji, takich jak mieszanka mastyksowo-grysowa (SMA) na warstwę ścieralną obciążoną ruchem ciężkim (KR5–KR7). Warto jeszcze wspomnieć, że do gamy kruszyw wapiennych zalicza się również kruszywo wypełniające (mączka wapienna), które jest składnikiem najwyższej jakości, przeznaczonym do zastosowania w mieszankach mineralno-asfaltowych.

Kruszywo wapienne może być również wartościowym składnikiem betonów konstrukcyjnych, w tym przeznaczonych na nawierzchnie. Oczywiście należy uwzględnić wspomniane wyżej ograniczenia, jednak z powodzeniem można wykonywać warstwy podbudowy z betonu cementowego nawet ekstremalnie obciążonych nawierzchni. Potwierdzeniem tego jest zastosowanie betonu cementowego na kruszywie wapiennym z zakładu Kujawy do podbudowy nawierzchni lotniskowej (lotnisko w Powidzu) oraz nawierzchni terminala kontenerowego (Poznań Franowo).

Kolejną aplikację kruszywa wapiennego znajdziemy w mieszankach niezwiązanych przeznaczonych do warstw konstrukcyjnych dróg (podbudowy zasadnicze i pomocnicze) wszystkich klas technicznych, zarówno dojazdowych, lokalnych, jak i autostrad.

W 2010 r. Generalny Dyrektor Dróg Krajowych i Autostrad wydał zarządzenie, do którego załącznikiem były wymagania techniczne dla mieszanek niezwiązanych do dróg krajowych (WT-4). Dokument ten pozwolił na usystematyzowanie wymagań dla kruszyw do mieszanek w związku z pojawieniem się w polskim systemie norm przenoszących normy europejskie. Mimo że zapisy WT-4 nie są idealne czy pozbawione wad, stanowią nieocenioną pomoc dla inwestorów i projektantów w zakresie doboru właściwości kruszyw do mieszanek niezwiązanych (kruszywa wapienne dostępne na rynku w większości spełniają stawiane im wymagania dla mieszanek niezwiązanych zarówno pod względem właściwości mechanicznych, jak i trwałościowych).

Należy podkreślić, że dokument ten został stworzony z myślą o drogach krajowych, przenoszących najcięższy ruch, dlatego zawarte w nim wymagania stawiane kruszywom można z pełnym spokojem rozciągać na drogi niższych klas. Nie jest jednak wskazane zaostrzanie wymagań zawartych w WT-4 dla klasycznych rozwiązań drogowych. Takie działania można określić nie tylko jako nierozsądne, ale przede wszystkim jako niegospodarne, a czasami nawet zakrawające o naruszenie dyscypliny finansów publicznych.

Właściwości kruszyw wapiennych spełniają wymagania dla większości zastosowań drogowych, szczególnie jeśli wymagania te są racjonalnie dobrane do potrzeb elementu konstrukcyjnego.


Skały wapienne – pochodzenie i występowanie

Skały te powstały z luźnych osadów wapiennych, które z biegiem lat, w wyniku różnych porcesów geologicznych, uległy konsolidacji. Jednym z takich procesów, mającym kluczowe znaczenie dla właściwości fizyko-mechanicznych skał, była cementacja, czyli łączenie się większych ziaren poprzez wypełnianie przestrzeni międzyziarnowych naturalnymi spoiwami, np. krzemionką. Występowanie skał wapiennych na terenie naszego kraju wynika z jego historii geologicznej. Powierzchniowe odsłonięcia tych skał występują głównie na południu Polski, w szczególności w Górach Świętokrzyskich, Jurze Krakowsko-Częstochowskiej i na Lubelszczyźnie. Lokalnie można je spotkać również w innych lokalizacjach, np. na Kujawach.

Właściwości kruszyw wapiennych

Głównym składnikiem skał wapiennych jest węglan wapnia (CaCO3), występujący np. pod postacią kalcytu. Kalcyt jest minerałem dość miękkim (twardość w skali Mohsa – 3), jednak ta cecha nie stanowi żadnej przeszkody w jego szerokim zastosowaniu w budownictwie. Zależnie od okresu powstania skały oraz działających na nią procesów, kruszywa wapienne mogą się różnić właściwościami.

Jak większość skał osadowych, zwłaszcza węglanowych, wapień cechuje się zazwyczaj nasiąkliwością wyższą niż skały magmowe i metamorficzne, jednak nie przekłada się to negatywnie na odporność kruszywa na wielokrotne cykle zamrażania i rozmrażania. Kruszywa wapienne mają zadowalającą mrozoodporność dla wielu aplikacji infrastrukturalnych, a niektóre z nich nie ustępują pod tym względem nawet skałom twardym.

Wysokiej jakości kruszywa wapienne mają natomiast dobrą odporność na rozdrabnianie, przewyższającą często nawet odporność kruszyw granitowych. Kruszywa wapienne cechuje gęstość na poziomie 2,7 Mg/m3, co daje im często przewagę ekonomiczno-logistyczną nad kruszywami ze skał twardych, jak bazalt, które wyróżniają się gęstością nawet o ponad 10% wyższą. Należy jeszcze podkreślić, że doskonała, trójkierunkowa łupliwość kalcytu sprzyja uzyskiwaniu foremnych ziaren kruszywa wapiennego. Przykładowe właściwości kruszywa wapiennego produkowanego w Zakładzie Produkcji Grysów i Mieszanek Wapiennych Kujawy przedstawiono w tablicy 1.

Zastosowanie kruszyw wapiennych

Kruszywa w budownictwie infrastrukturalnym stanowią podstawowy materiał konstrukcyjny. Znajdują zastosowanie w mieszankach mineralno-asfaltowych, betonach cementowych, a także w warstwach z mieszanek niezwiązanych (dawniej kruszyw stabilizowanych mechanicznie).

We wszystkich wymienionych aplikacjach jest miejsce dla kruszyw wapiennych. Ze względu na obowiązujące wymagania w zakresie odporności kruszyw przeznaczonych do warstwy wierzchniej na polerowanie (warstwa ścieralna z mieszanki mineralno-asfaltowej lub warstwa nawierzchniowa z betonu cementowego) stosowanie w nich grubych kruszyw wapiennych jest ograniczone, zwłaszcza na drogach wyższych klas technicznych. Jednak znane są trwałe zastosowania kruszywa wapiennego, np. do warstwy ścieralnej z betonu asfaltowego na drogach lokalnych.

Wspomniane ograniczenie dotyczy kruszyw grubych. Wiele drobnych kruszyw wapiennych można stosować z powodzeniem nawet do najbardziej wymagających aplikacji, takich jak mieszanka mastyksowo-grysowa (SMA) na warstwę ścieralną obciążoną ruchem ciężkim (KR5–KR7). Warto jeszcze wspomnieć, że do gamy kruszyw wapiennych zalicza się również kruszywo wypełniające (mączka wapienna), które jest składnikiem najwyższej jakości, przeznaczonym do zastosowania w mieszankach mineralno-asfaltowych.

Kruszywo wapienne może być również wartościowym składnikiem betonów konstrukcyjnych, w tym przeznaczonych na nawierzchnie. Oczywiście należy uwzględnić wspomniane wyżej ograniczenia, jednak z powodzeniem można wykonywać warstwy podbudowy z betonu cementowego nawet ekstremalnie obciążonych nawierzchni. Potwierdzeniem tego jest zastosowanie betonu cementowego na kruszywie wapiennym z zakładu Kujawy do podbudowy nawierzchni lotniskowej (lotnisko w Powidzu) oraz nawierzchni terminala kontenerowego (Poznań Franowo).

Kolejną aplikację kruszywa wapiennego znajdziemy w mieszankach niezwiązanych przeznaczonych do warstw konstrukcyjnych dróg (podbudowy zasadnicze i pomocnicze) wszystkich klas technicznych, zarówno dojazdowych, lokalnych, jak i autostrad.

W 2010 r. Generalny Dyrektor Dróg Krajowych i Autostrad wydał zarządzenie, do którego załącznikiem były wymagania techniczne dla mieszanek niezwiązanych do dróg krajowych (WT-4). Dokument ten pozwolił na usystematyzowanie wymagań dla kruszyw do mieszanek w związku z pojawieniem się w polskim systemie norm przenoszących normy europejskie. Mimo że zapisy WT-4 nie są idealne czy pozbawione wad, stanowią nieocenioną pomoc dla inwestorów i projektantów w zakresie doboru właściwości kruszyw do mieszanek niezwiązanych (kruszywa wapienne dostępne na rynku w większości spełniają stawiane im wymagania dla mieszanek niezwiązanych zarówno pod względem właściwości mechanicznych, jak i trwałościowych).

Należy podkreślić, że dokument ten został stworzony z myślą o drogach krajowych, przenoszących najcięższy ruch, dlatego zawarte w nim wymagania stawiane kruszywom można z pełnym spokojem rozciągać na drogi niższych klas. Nie jest jednak wskazane zaostrzanie wymagań zawartych w WT-4 dla klasycznych rozwiązań drogowych. Takie działania można określić nie tylko jako nierozsądne, ale przede wszystkim jako niegospodarne, a czasami nawet zakrawające o naruszenie dyscypliny finansów publicznych.


Wapień z Kujaw

Największą w Polsce kopalnią kamienia wapiennego jest zlokalizowana w województwie kujawsko-pomorskim kopalnia należąca do Lafarge. Materiał ze złoża pozyskuje się na potrzeby zlokalizowanej obok cementowni, a także pobliskich zakładów wapienniczych, sodowych.

Ważną część kopalni stanowi Zakład Produkcji Grysów i Mieszanek Wapiennych Kujawy. W zakładzie produkowane są grysy wapienne, przeznaczone do betonów i mieszanek mineralno-asfaltowych, kruszywa drobne, a także kruszywa do mieszanek związanych i niezwiązanych oraz wapno nawozowe. W sąsiednim zakładzie MOWAP produkowana jest również najwyższej jakości mączka wapienna.

Na szczególną uwagę zasługują prowadzone w zakładzie inwestycje, optymalizacje mające na celu dostosowanie jakości produktów do oczekiwań odbiorców oraz szczegółowy proces kontroli jakości. Jedną z kluczowych inwestycji przeprowadzonych w ostatnich latach i wznoszącą jakość oferowanego kruszywa na wyższy poziom była budowa instalacji do produkcji kruszyw do mieszanek niezwiązanych, ze szczególnym uwzględnieniem wymagań dla dróg krajowych. Dzięki systemowi podajników i zasobników przypominających precyzyjne dozowanie materiałów w wytwórni mieszanek mineralno-asfaltowych instalacja ta pozwala na selektywny dobór surowca i, co się z tym wiąże, skuteczny dobór krzywej uziarnienia produkowanych kruszyw o ciągłym uziarnieniu.

Produkowane w zakładzie kruszywa poddawane są codziennym kontrolom jakości. Badania ich właściwości użytkowych prowadzone są z dużą częstotliwością, niekiedy wielokrotnie przewyższającą wymagania norm produktowych. Takie podejście pozwala zagwarantować najwyższą jakość i stabilność produkowanych materiałów.

Ekonomiczna alternatywa

Kruszywa wapienne mogą być ekonomiczną alternatywą dla kruszyw ze skał twardych, zwłaszcza jeśli znajdują się w lokalnych zasobach danego regionu, co ma kluczowe znaczenie w kontekście rosnących cen transportu oraz dbałości o środowisko naturalne. O tym, że kruszywa te spełniają stawiane im wymagania użytkowe i można je z powodzeniem stosować na polskich drogach, świadczą zrealizowane do tej pory inwestycje, które bezusterkowo znoszą kolejne lata intensywnej eksploatacji.           

Literatura:

  1. Ryka W., Maliszewska A., Słownik petrograficzny, Warszawa 1982.
  2. Kruszywa do mieszanek mineralno-asfaltowych i powierzchniowych utrwaleń na drogach krajowych – WT-1 2014 Wymagania techniczne.
  3. Mieszanki niezwiązane do dróg krajowych – WT-4 2010 Wymagania techniczne.
Ostatnio zmieniany czwartek, 19 lipiec 2018 18:38