Гранулометрический состав (синонимы: зерновой состав, фракционный состав, грансостав, гранулометрия) отражает процентное содержание в щебне частиц разных размеров. Его принципиальное отличие от понятия «фракция» состоит в следующем:
- Фракция — это диапазон, ограниченный минимальным (d) и максимальным (D) номинальными размерами зерен. Например, в щебне фракции 5–20 мм все зерна крупнее 5 мм, но мельче 20 мм.
- Гранулометрический состав — это соотношение частиц разных фракций внутри одной партии. Например, в щебне 5–20 мм может содержаться 60% зерен фракции 5–10 мм и 40% — фракции 10–20 мм.
Фракция задает рамки, а гранулометрия показывает фактическое распределение зерен по крупности.
Практическое значение гранулометрического состава
Знание зернового состава необходимо для решения трех ключевых задач:
- Оптимизация бетонных и асфальтобетонных смесей. Вяжущее должно максимально заполнять пустоты между зернами заполнителя. При правильном подборе соотношения крупных и мелких фракций удается снизить расход цемента, наиболее дорогого компонента, без потери прочности бетона.
- Обеспечение прочности и деформативности щебеночных слоев. Конструкции из щебня (подушки, подстилающие слои дорог, насыпи) нежесткие и под нагрузками деформируются. Компактная «упаковка» зерен повышает внутреннее трение, за счет чего материал лучше сопротивляется внешним воздействиям и держит форму.
- Регулирование дренажных свойств. В дренажных системах и подстилающих слоях чрезмерно плотная укладка вредна, материал теряет способность пропускать влагу. Соотношение фракций подбирают так, чтобы обеспечить необходимый коэффициент фильтрации.
Кроме того, точный грансостав требуется для определения марки щебня (особенно для смесей фракций).
Классификация щебня по зерновому составу
По зерновому составу щебень делят на два вида: однофракционный щебень и щебень из смеси фракций.
Однофракционный щебень состоит из одной стандартной фракции. Размеры фракций установлены в зависимости от назначения материала:
| Строительный щебень (ГОСТ 8267-93) | Дорожный щебень (ГОСТ 32703-2014) |
| 5(3)–10; 10–15; 10–20; 15–20; 20–40; 40–80(70) | 4–5,6; 5,6–8; 8–11,2; 11,2–16; 16–22,4; 22,4–31,5; 31,5–45; 45–63 |
| Дополнительные (по согласованию): 80(70)–120; 120–150 | Дополнительные: 63–90 |
Однофракционный щебень относительно однороден по размеру, поэтому его физические свойства проявляются равномерно по всему объему — именно такой материал используют в лабораторных испытаниях.
Щебень из смеси фракций содержит несколько стандартных фракций. Типичный пример — щебень 5–20 мм, одна из самых востребованных размерностей в строительстве. Смесь фракций получают тремя способами:
- В ходе сортировки — при грохочении породы на ситах. Если предприятие не выпускает полный ряд фракций, промежуточные сита могут не устанавливаться.
- Целенаправленным смешиванием — более дорогой способ, позволяющий получать гранулометрию в точном соответствии с инженерными расчетами.
- Расклинцовкой — послойной засыпкой и трамбовкой нескольких фракций (от крупной к мелкой) при устройстве подушки фундамента или дорожного основания. Грансостав при этом строго не измеряется, а деформируемость контролируется в процессе работ.
Особенность щебня из смеси фракций в том, что из-за большого разброса размеров его свойства проявляются неоднородно. Поэтому в лаборатории материал разделяют на узкие фракции и испытывают каждую отдельно, а результаты обрабатывают по формуле средневзвешенного показателя.
Методика определения гранулометрического состава
Метод испытаний закреплен в нескольких стандартах:
- ГОСТ 8269.0-2025 — для строительного щебня;
- ГОСТ 33029-2014 — для дорожного щебня;
- ГОСТ 32860-2014 — для дорожного щебня из металлургических шлаков.
Алгоритм везде одинаков, различаются лишь размеры стандартных фракций, на которые рассеивают материал.
Этап 1 — подготовка оборудования и материала. Используют сушильный шкаф, набор лабораторных сит (1,25; 2,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 17,5; 20; 22,5; 25; 30; 40; 50; 60 и 80(70) мм), крышку и поддон, проволочные калибры (90, 100, 110, 120 мм) для зерен крупнее 70–80 мм, лабораторные весы.
Сита подбирают по специальной схеме:
| Номер сита (сверху вниз) | Размер ячеек | Пример для фракции 5–10 (d=5, D=10) | Пример для фракции 20–40 (d=20, D=40) |
| 1 | 1,25 × D | 12,5 мм | 50 мм |
| 2 | D | 10 мм | 40 мм |
| 3 | 0,5 × (D + d) | 7,5 мм | 30 мм |
| 4 | d | 5 мм | 20 мм |
| 5 | 2,5 мм | — | — |
| 6 | 1,25 мм | — | — |
Партию тщательно перемешивают и отбирают лабораторную пробу. Масса пробы зависит от максимального размера зерен:
| Максимальный размер зерен, мм | Масса пробы, кг |
| До 10 | 5 |
| До 20 | 10 |
| До 40 | 20 |
| Свыше 40 | 40 |
При загрязнении глиной щебень промывают и замеряют содержание пылевидных и глинистых частиц. Пробу высушивают в шкафу при 100–110°C до полного удаления влаги, фиксируют массу и переходят к испытанию.
Этап 2 — проведение испытания. Методика здесь следующая:
- Сита собирают в колонку, устанавливают на поддон.
- Пробу засыпают в верхнее сито с самыми крупными ячейками.
- Просеивают несколько минут на механическом вибраторе (при его отсутствии — вручную на полукруглой подставке).
- Снимают крышку, последовательно разбирают колонку, встряхивая каждое сито для контроля полноты просеивания.
- Взвешивают остатки на каждом сите, фиксируя массы в граммах в протоколе.
- Для фракций 80–120 мм и выше камни с верхнего сита разбирают вручную с применением калибров и определяют массу каждого остатка.
Этап 3 — расчет результата. Зерновой состав характеризуется распределением остатков на ситах. Различают два вида остатков:
Частный остаток (aᵢ) — процентное содержание щебня, оставшееся на конкретном сите:
ai=mi/m*100
где:
- ai — частный остаток на i-м сите, %;
- mi — масса остатка на i-м сите, г;
- m — масса мерной пробы в сухом состоянии, г.
Полный остаток (Aᵢ) — масса всего щебня, не прошедшего сквозь сито определенного размера. Он равен сумме частных остатков на данном сите и всех ситах с большими размерами отверстий:
Ai=a1+a2+…+ai
где a1,a2,…,ai — частные остатки на ситах от верхнего к нижнему.
Пример зернового состава для щебня 20–40:
| Диаметр сит, мм | Частные остатки, г | Частные остатки, % | Полные остатки, % |
| 50 | 96 | 0,48 | 0,48 |
| 40 | 1 892 | 9,46 | 9,94 |
| 30 | 8 934 | 44,67 | 54,61 |
| 20 | 8 716 | 43,58 | 98,19 |
| < 20 | 362 | 1,81 | 100 |
При загрязнении щебня глиной массу пылевидных и глинистых частиц добавляют к остатку на поддоне.
Требования к гранулометрическому составу
Требования установлены в ГОСТ 8267-93 (строительный щебень) и ГОСТ 32703-2014 (дорожный щебень):
| Диаметр контрольных сит | Полные остатки, % по массе (строительный) | Полные остатки, % по массе (дорожный) |
| d/2 | — | От 95 до 100 |
| d | От 90 до 100 | От 90 до 100 |
| 0,5(d + D) | От 30 до 60 | — |
| D | До 10 | До 10 |
| 1,25D | До 0,5 | — |
| 1,4D | — | До 0,3 |
| 2D | — | 0 |
Здесь dd и DD — минимальный и максимальный номинальные диаметры зерен (например, для фракции 5–10: d=5d=5, D=10D=10). Прочерк означает, что остаток на соответствующем сите не нормируется.
Гранулометрический состав щебня разных видов
Требования к зерновому составу, рассмотренные выше, едины для щебня из любых горных пород, если он соответствует ГОСТ 8267-93 или ГОСТ 32703-2014. Однако, на практике гранулометрия конкретной партии зависит от исходного сырья, технологии дробления и грохочения. Ниже представлены характерные примеры и особенности для наиболее распространенных видов щебня.
Гранитный щебень. Гранит — интрузивная (глубинная) магматическая порода с высокой прочностью: марка по дробимости обычно составляет М1200–М1400. Из-за высокой твердости сырья при дроблении образуется значительное количество зерен кубовидной формы, что положительно сказывается на гранулометрическом составе.
Типичные фракции гранитного щебня:
| Фракция | Применение |
| 0–5 мм (отсев) | Декоративная отделка, отсыпка дорожек и площадок |
| 5–10 мм | Производство бетона, асфальтобетона |
| 5–20 мм | Универсальная фракция для фундаментов, дорожных оснований |
| 20–40 мм | Средняя фракция для бетонных работ, дренажа |
| 40–70 мм | Крупная фракция для массивных конструкций |
| 70–120, 120–150 мм | Редко используемые крупные фракции |
Пример фактического гранулометрического состава гранитного щебня фракции 5–20 мм (по данным испытаний):
| Размер сит, мм | Полные остатки, % | Требования ГОСТ 8267-93 |
| 25 (1,25D) | — | До 0,5 |
| 20 (D) | 12,7 | До 10 |
| 12,5 (0,5(D+d)) | 72,78 | 30–60 |
| 5 (d) | 97,67 | 90–100 |
| 2,5 | 99,07 | — |
Как видно из примера, реальные партии гранитного щебня не всегда полностью соответствуют нормативным требованиям по зерновому составу — это зависит от конкретного карьера и оборудования.
Известняковый щебень. Известняк — осадочная порода, состоящая преимущественно из карбоната кальция (CaCO₃). Прочность известнякового щебня ниже, чем гранитного: марка по дробимости обычно М400–М800. Это отражается и на гранулометрических характеристиках: при дроблении образуется больше лещадных и игловатых зерен.
Типичные показатели известнякового щебня:
- Объемная насыпная плотность — 1400–1500 кг/м³;
- Зерновой состав — остаток на сите 85–95%;
- Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы — III–IV группа;
- Содержание пылевидных, глинистых и илистых частиц — 0,15–0,2%.
Основные фракции: 5–20, 20–40, 40–70 мм. Известняковый щебень фракции 5–20 мм часто имеет марку М300–М400, морозостойкость F50, насыпную плотность около 1,3 т/м³.
Более низкая прочность известняка означает, что при грохочении выход мелких фракций выше, а доля крупных зерен меньше по сравнению с гранитным щебнем. Это необходимо учитывать при подборе состава бетонных смесей.
Гравийный щебень. Гравийный щебень получают дроблением природного гравия или скальных пород. Его прочность ниже гранитного (марка по дробимости обычно М800–М1000), но он выигрывает по экологичности и цене.
Основные фракции гравийного щебня: 3–10, 5–20, 5–40, 20–40 мм. В дорожном строительстве применяются также широкие фракции: 4–8, 8–16, 16–31,5, 31,5–63 мм.
Характеристики гранулометрии гравийного щебня:
| Фракция | Лещадность | Насыпная плотность |
| 3–10 мм | 7,04% | 1,46 т/м³ |
| 5–20 мм | 10–25% | 1,35 т/м³ |
| 5–40 мм | 10–15% | 1,37 т/м³ |
| 40–70 мм | 7–17% | 1,4 т/м³ |
Важная особенность гравийного щебня: для оценки качества дробленого гравия дополнительно нормируется содержание дробленых зерен — зерен со сколотой более чем наполовину поверхностью. В качественном материале их должно быть не менее 80%.
Мраморный щебень. Мрамор — метаморфическая порода на основе карбоната кальция, обладающая декоративными свойствами. Мраморный щебень отличается светлым цветом (от белого до серого, реже — цветным) и относительно невысокой прочностью: марка по дробимости обычно М400–М1000.
Типичные фракции мраморного щебня:
| Фракция | Применение |
| 0–2,5 мм (мраморный песок) | Наполнитель, декоративные покрытия |
| 2,5–5 мм | Мозаичные полы, искусственный камень |
| 5–10 мм | Производство бетонно-мозаичных плит, ландшафт |
| 10–20 мм | Ландшафтный дизайн, террариумы, аквариумы |
| 20–40 мм | Оформление цветников, садовых дорожек |
| 40–70 мм | Ландшафтные работы, строительство |
Пример гранулометрического состава мраморного щебня Шабровского месторождения (ГОСТ 22856-89):
| Размер сита, мм | Остаток, % | Требования |
| 20 | 9,80 | До 10 |
| 15 | 38,50 | — |
| 10 | 69,90 | От 55 до 75 |
| 5 | 94,40 | От 95 до 100 |
Мраморный щебень мелких фракций отличается повышенной кубовидностью зерен, что обеспечивается высокой точностью грохочения.
Другие виды щебня:
- Доломитовый щебень (из осадочной породы доломита) близок к известняковому по свойствам. Пример характеристик фракции 5–20 мм: марка по дробимости М400, морозостойкость F50, содержание слабых зерен 6,3%, насыпная плотность 1,3 т/м³, содержание пылевидных частиц ≤1,6%.
- Базальтовый и диабазовый щебень (эффузивные магматические породы) имеют марку по дробимости М1000. При равной потере массы при испытании на дробимость базальт и гранит могут получать одинаковую марку, что создает определенные сложности при выборе материала.
- Шлаковый щебень (из металлургических шлаков) нормируется отдельным стандартом ГОСТ 32860-2014. Его гранулометрический состав определяется аналогично щебню из горных пород, но с учетом специфических свойств шлака.
Сравнительная таблица видов щебня по ключевым характеристикам.
| Параметр | Гранитный | Известняковый | Гравийный | Мраморный |
| Марка по дробимости | М1200–М1400 | М400–М800 | М800–М1000 | М400–М1000 |
| Насыпная плотность, т/м³ | 1,3–1,5 | 1,3–1,5 | 1,35–1,5 | 1,3–1,4 |
| Морозостойкость | F300–F400 | F50–F200 | F200–F300 | F50–F150 |
| Типичные фракции | 0–5, 5–10, 5–20, 20–40, 40–70 мм | 5–20, 20–40, 40–70 мм | 3–10, 5–20, 5–40, 20–40 мм | 2,5–5, 5–10, 10–20, 20–40, 40–70 мм |
| Особенность гранулометрии | Высокая кубовидность зерен | Повышенная лещадность | Требуется ≥80% дробленых зерен | Высокая точность грохочения мелких фракций |
Данная таблица носит справочный характер: конкретные значения зависят от месторождения, оборудования и партии. При выборе щебня для ответственных конструкций гранулометрический состав каждой партии подтверждается лабораторными испытаниями.
Другие характеристики состава щебня
Помимо гранулометрии, ГОСТы нормируют ряд дополнительных показателей.
Содержание пылевидных и глинистых частиц. Это минеральные частицы крупностью менее 0,05 мм. Они обволакивают зерна, снижая сцепление с вяжущим, и увеличивают расход воды в смесях. Методы определения: отмучивание, мокрое просеивание, пипеточный и фотоэлектрический. Допустимое содержание зависит от вида и марки щебня:
| Вид щебня | Марка по дробимости | Содержание, % по массе, не более |
| Магматические и метаморфические породы | Свыше М600 | 1 |
| Осадочные породы | М600–М1200 | 2 |
| Осадочные породы | М200–М400 | 3 |
| Гравийный щебень | М800–М1000 | 1 |
| Гравийный щебень | М600 | 2 |
| Гравийный щебень | М400 | 3 |
Содержание глины в комках. Частицы глинистых минералов крупностью менее 0,002 мм. Определяются визуально: при увлажнении глина набухает и становится пластичной. Нормативы:
- для малопрочного щебня марок М200–М300 — не более 0,5% по массе;
- для остальных марок и любого дорожного щебня — не более 0,25% по массе.
Содержание зерен слабых пород. К слабым относят зерна с пределом прочности в водонасыщенном состоянии ниже 20 МПа. Их отбирают вручную по признакам: легко разламываются руками, разрушаются от легких постукиваний молотком, царапаются иглой. Нормативы:
| Марка по дробимости | Содержание, % по массе, не более |
| М1000–М1400 | 5 |
| М400–М800 | 10 |
| М300 | 15 |
Для дорожного щебня требования жестче: не более 5% для марок М1000–М1400 и не более 10% для марок М400–М800.
Лещадность. Лещадность характеризует форму зерен. Выделяют кубовидные (длина, ширина и толщина примерно равны), пластинчатые (толщина в 3 и более раз меньше длины и ширины) и игловатые (длина в 3 и более раз больше ширины и толщины). Последние две группы — лещадные зерна, играющие роль клиньев и ухудшающие трамбовку. Определяются визуальной разборкой или просеиванием на ситах со щелевидными ячейками.
| Группа (строительный) | Марка (дорожный) | Содержание лещадных зерен, % |
| 1 | Л10 | Не более 10 |
| 2 | Л15 | 10–15 |
| 3 | Л20 / Л25 | 15–20 / 20–25 |
| 4 | Л30 / Л35 | 25–30 / 30–35 |
| 5 | Л50 | 35–50 |
Содержание дробленых зерен (для гравийного щебня). Определяется только для щебня из дробленого гравия. Дроблеными считаются зерна со сколотой более чем наполовину поверхностью. В качественном гравийном щебне их содержание не менее 80%.
Наличие органических примесей (для гравийного щебня). Органические вещества (уголь, лигнит, гумус) препятствуют схватыванию цемента и вызывают коррозию арматуры. Определяются обработкой пробы 3%-ным раствором гидроксида натрия с выдержкой 24 часа: если индикатор сохранил окраску или потемнел, щебень непригоден для бетона.
Гранулометрический состав — одна из основных характеристик щебня. Определяют данный параметр рассеиванием материала на стандартные фракции с последующим расчетом частных и полных остатков. Помимо гранулометрии, ГОСТы нормируют содержание пылевидных и глинистых частиц, глины в комках, зерен слабых пород и лещадность. Для гравийного щебня дополнительно контролируют содержание дробленых зерен и наличие органических примесей.
В Великом Новгороде и Новгородской области приобрести гравийный щебень с доставкой или заказать гранитный щебень, требуемого гранулометрического состава поможет ГК «Земстрой-Н». У нас в наличии на складе в городе всегда имеются различные виды и фракции щебня. Дополнительно, мы готовы проконсультировать вас по возможности использования материала на вашем объекте для конкретного вида строительных работ.
