Kamenivo

„Kamenivo“ je souhrnné označení pro minerální materiály, jako je písek, štěrk a drcený kámen, které se používají s pojivem (např. voda, asfalt, portlandský cement, vápno atd.) k vytvoření směsných materiálů (např. asfaltový beton a portlandský cementový beton). Objemově kamenivo obvykle tvoří 92 až 96 % HMA a přibližně 70 až 80 % portlandocementového betonu. Kamenivo se používá také pro podkladní a podkladní vrstvy pružných i pevných vozovek.

Kamenivo může být přírodní nebo vyrobené. Přírodní kamenivo se obvykle těží z větších horninových útvarů otevřeným výkopem (lom). Vytěžená hornina se obvykle zmenší na použitelnou velikost mechanickým drcením. Vyrobené kamenivo je často vedlejším produktem jiných výrobních odvětví.

V této části budou stručně probrány zdroje kameniva a těžební operace, poté budou popsány základní minerální, chemické a fyzikální vlastnosti kameniva, které jsou pro vozovky nejdůležitější, a typické zkoušky používané ke stanovení těchto vlastností. Následující zdroj obsahuje podrobnější informace o kamenivu:

Zdroje kameniva

Kamenivo může pocházet z přírodních nebo průmyslových zdrojů. Přírodní kamenivo pochází z hornin, jejichž geologické klasifikace jsou tři (Roberts, et al., 1996):

Horniny vyvřelé Tyto horniny jsou převážně krystalické a vznikají chladnutím roztaveného horninového materiálu pod zemskou kůrou (magmatu). Sedimentární horniny Tyto horniny vznikají z usazeného nerozpustného materiálu (např. zbytky existujících hornin usazených na dně oceánu nebo jezera). Tento materiál se působením tepla a tlaku přeměňuje na horninu. Sedimentární horniny mají vrstevnatý vzhled a dále se dělí podle převládajícího minerálu na vápnité (vápenec, křída atd.), křemičité (křída, pískovec atd.) nebo argilitické (břidlice atd.). Metamorfované horniny Jedná se o vyvřelé nebo sedimentární horniny, které byly vystaveny dostatečně velkému teplu a/nebo tlaku, aby se změnila jejich minerální struktura tak, že se liší od původní horniny.

Zpracované horniny se obvykle skládají z vedlejších průmyslových produktů, jako je struska (vedlejší produkt metalurgického zpracování – typicky vzniká při zpracování oceli, cínu a mědi) nebo speciální hornina, která se vyrábí tak, aby měla určitou fyzikální vlastnost, která se v přírodní hornině nevyskytuje (např. nízká hustota lehkého kameniva).

Výroba kameniva

Kamenivo se vyrábí v lomu nebo dole (obr. 1), jehož základní funkcí je přeměna horniny in situ na kamenivo se stanovenými vlastnostmi. Obvykle se hornina odstřeluje nebo kope ze stěn lomu a poté se zmenšuje pomocí řady sít a drtičů. Některé lomy jsou také schopny hotové kamenivo prát.

Minerální vlastnosti

Minerální složení kameniva do značné míry určuje jeho fyzikální vlastnosti a to, jak se chová jako materiál pro vozovky. Proto při výběru zdroje kameniva může znalost minerálních vlastností lomové horniny poskytnout vynikající vodítko, pokud jde o vhodnost výsledného kameniva. Cordon (1979) uvádí několik obecných pokynů pro kamenivo používané v HMA.

Tabulka 1. Žádoucí vlastnosti hornin pro HMA
(z Cordon, 1979, jak je uvedeno v Roberts et al., 1996)

Všeobecně jsou vztahy mezi minerálními a fyzikálními vlastnostmi poměrně složité, takže je obtížné přesně předpovědět, jak se bude konkrétní zdroj kameniva chovat pouze na základě minerálních vlastností.

Chemické vlastnosti

Ačkoli jsou pro sypké kamenivo relativně nedůležité, chemické vlastnosti kameniva jsou v materiálu pro vozovky důležité. V HMA mohou chemické vlastnosti povrchu kameniva určovat, jak dobře bude asfaltové cementové pojivo přiléhat k povrchu kameniva. Špatná přilnavost, běžně označovaná jako stripping, může způsobit předčasné strukturální selhání. V případě PCC může kamenivo obsahující reaktivní formy oxidu křemičitého expanzivně reagovat s alkáliemi obsaženými v cementové pastě. Tato expanze může způsobit praskání, vyskakování povrchu a odlupování. Všimněte si, že některé chemické vlastnosti kameniva se mohou v průběhu času měnit, zejména po rozdrcení kameniva. Nově rozdrcené kamenivo může vykazovat jinou afinitu k vodě než stejné kamenivo, které bylo rozdrceno a ponecháno ve skladu po dobu jednoho roku.

Následující jsou typické chemické vlastnosti, které se u kameniva měří:

• Stripping
• Alkali-Aggregate Reaction

Fyzikální vlastnosti

Fyzikální vlastnosti kameniva jsou nejsnáze zjistitelné vlastnosti kameniva a mají také nejpřímější vliv na to, jak se kamenivo chová buď jako složka materiálu vozovky, nebo samo o sobě jako podkladový nebo základový materiál. Běžně měřené fyzikální vlastnosti kameniva jsou (Roberts et al., 1996):

• Rozložení a velikost
• Tvrdost a odolnost proti oděru
• Trvanlivost a pevnost
• Tvar částic a struktura povrchu
• Čistota a škodlivé materiály
• Obsah vlhkosti

Nejedná se o jediné fyzikální vlastnosti kameniva, ale spíše o nejčastěji měřené. Zkoušky používané ke kvantifikaci těchto vlastností jsou z velké části empirické. Fyzikální vlastnosti kameniva se mohou v průběhu času měnit. Například nově rozdrcené kamenivo může obsahovat více prachu, a být tak méně náchylné k vazbě s asfaltovým pojivem

Kamenivo jako podkladový materiál

Kamenivo se často používá samo o sobě jako nespojitá podkladová nebo podkladová vrstva. Při takovém použití se kamenivo obvykle vyznačuje předchozími fyzikálními vlastnostmi a také celkovou tuhostí vrstvy. Tuhost vrstvy se charakterizuje stejnými zkouškami, které se používají k charakterizaci tuhosti podloží.