Виробництво пористих штучних заповнювачів на основі природної сировини

Виробництво пористих штучних заповнювачів на основі природної сировини.

У загальному обсязі вартості будівельно-монтажних робіт вартість матеріалів, отриманих з природної сировини і використаних як заповнювачі, складає 5...10%. Заповнювачі займають до 80% об'єму бетонів, істотно впливають на його фізико-механічні властивості та техніко-економічні показники застосування в будівництві. Заповнювачі збільшують щільність структури бетонів, їх стійкість до зовнішніх впливів, значно (8...10 разів) зменшують деформації усадки. В зв'язку з великими обсягами використання заповнювачів місця їх видобування та виробництва повинні розміщуватись поблизу заводів залізобетонних конструкцій і будівельних об'єктів.

Як дрібний заповнювач у бетонах різних видів використовують річкові, морські і гірські піски. Останні мають більш шороховату поверхню зерен, що забезпечує краще зчеплення піску з цементом. В бетонах необхідно використовувати крупні (модуль крупності Мк більше 2,5, залишок на ситі № 063 більше 45% ), середні (відповідно Мк=2...2,5, а повний залишок 30...45%), дрібні (МК=1,8...2, а повний залишок 10...30%). Застосування дуже дрібних пісків (к=1...1,5, а повний залишок до 10% ) призводить до значних перевитрат в'яжучих речовин. Кількість пилуватих часток глини у піску не повинна перевищувати 3%, у тому числі вміст глини у грудках – 0,5%. Насипна щільність важких пісків - 1200 кг/м3 і більше, а легких відповідно менше ніж 1200 кг/м3

Модуль грубості річкового Дніпровського піску у районі м. Києва складає 1.1...1,3, а Дніпропетровська -1,0 і нижче. Гірські піски кар'єрів Житомирської, Тернопільської і деяких інших областей України мають вміст глинястих часток 10% і більше. Тому важливо організувати добування і збагачення якісних дрібних заповнювачів для підприємств будівельної індустрії і будівництва.

Добування піску здійснюють відкритим або підводним способом. При відкритому способі роботи у кар'єрі починають з виконання вскришних робіт, тобто виділення верхнього шару породи. Для цього використовують скрепери, якщо товщина верхнього шару не перевищує 2 м., екскаватори і гідромонітори в інших випадках. Відносна вартість вскришних робіт на піщаних кар'єрах складає 5... 10%, а відносна кількість об'ємів верхнього шару порід 17...25%.

Застосування на піщано-гравійних кар'єрах метода гідромеханізації дозволяє одночасно з добуванням заповнювачів виконувати гідравлічну класифікацію піску і гравію за фракціями очищеними від шкідливих домішок. Собівартість добування піску і гравію способом гідромеханізації на 30...40% нижче, ніж іншими способами. Цей метод найбільш ефективний при розробці підводних і берегових кар'єрів, тому що при цьому полегшується технологічність процесу водою, що дозволяє виконувати промивання і сортування заповнювачів.

При добуванні піску способом гідромеханізації найбільше розповсюдження отримали плавучі установки ЗГМ-2, 12Р-3, 20Р-1, а також земснаряди 3РС-1, 3РС-2, 3МП потужністю від 50 до 200М3/г. В окремих випадках застосовують землевідсмоктувачі наземного типу, а також землевідсмоктуючі шагаючі установки ЗШУВД-21 і ЗМГ-2М.

З метою класифікації піску по фракціям безпосередньо на місці його добування доцільно використовувати землевідсмоктувачі в комплекті з гідравлічними класифікаторами. Технологічний процес добування заповнювачів методом гідромеханізації полягає у тому, що спочатку земснарядом суміш відсмоктується, потім пульпою подається на класифікатор, звідки на сита. Велике значення при розробці піщано-гравійних кар'єрів методом гідромеханізації має раціональне вирішення будівельних конструкцій збагачувальних установок, естакад для пульпопроводів, транспортерів, які виконуються із збірних залізобетонних конструкцій. У тих випадках, коли відвантаження готової продукції здійснюється водним транспортом, доцільно використовувати плавучі збагачувальні установки.

Потужність підприємств по добуванню дрібних заповнювачів складає від 100 тис.м3 до 500 тис.м3 піску в рік і більше.

Як крупний заповнювач у важких бетонах використовують матеріали природного і штучного походження (гравій, щебінь із штучного каменю). Заповнювач за показниками властивостей повинен відповідати вимогам ГОСТ 8267-82; ГОСТ 10260-82; ГОСТ 8268-80; ГОСТ 10268-80; ГОСТ 6568-72; РСН 359-91. Відповідність заповнювачів вимогам РСН 359-91 є однією з найголовніших. За питомим природним вмістом радіонуклідів заповнювачі відносять до: 1 класу – вміст радіонуклідів менше 370 Бк/кг; 2 класу – 370...750 Бк/кг; 3 класу – більше 750 Бк/кг. Заповнювачі, які відповідають 1 класу, можуть застосовувати у всіх видах будівництва без обмежень, 2 класу – у шляховому і промисловому будівництві. На будівництво щебінь поставляють у вигляді таких фракцій: 3...10 мм, 5...10 мм, 3...20 мм, 5...20 мм, 20...40 мм, 40...70 мм, 70...120 мм, 120...150 мм. Вміст пилуватих і глинястих часток у щебені змінюється залежно від марки щебеню по міцності і становить не більше 1...3%, у тому числі глинястих часток у грудках 0,25%.

При виробництві усіх видів важких бетонів необхідно використовувати щебінь з вивержених гірських порід з маркою по міцності не нижче 800, з метаморфічних порід не нижче 600, осадових – 300. Міцність заповнювачів повинна бути більшою за марку бетону при стиску у 1,5...2 рази. За показниками дробимості марка гравію і щебеню, для бетонів з маркою по міцності при стиску М400 (клас В30) і вище, повинні бути не нижче Др8; бетонів марок М300...М350 (В20...В25) – Др12; бетонів марки нижче М300-ДР16. Вміст зерен слабких порід у заповнювачі не повинен перевищувати 5% за масою, а пластинчатої і гілкоподібної форми 15...35% за масою.

Добування крупних заповнювачів здійснюється у кам'яних і піщано-гравійних кар'єрах. Бутовий камінь з граніту, вапняків та інших міцних порід перероблюють подрібненням і сортуванням на щебінь різних фракцій, гравійно-піщану суміш - сортуванням і промиванням. Залежно від виду і обсягів виконуваних робіт підприємства по виробництву заповнювачів поділяють на: сортувальні, подрібнювально-сортувальні, комбіновані; потужністю 90...100 тис.м3 виготовлених заповнювачів в рік, 100...500 тис.м3 і більше ніж 500 тис.м3 заповнювачів в рік.

Добування нерудних будівельних матеріалів для виготовлення заповнювачів здійснюють відкритим, підводним, підземним способами. Найбільш економічним є відкритий спосіб, так як при цьому можна застосувати ефективне обладнання. Виробництво крупних заповнювачів відкритим способом починають з виконання розкривних робіт.

Вибираючи спосіб розкриття родовищ, враховують наявність підіймально-транспортних засобів та гірничо-геологічні умови розроблюваних родовищ, такі, як рельєф родовища, тип і розміри покладу корисної копалини, потужність розкривних робіт. Найсприятливіші умови мають родовища рівнинного типу з мінімальними обсягами розкривних порід, що характерно для більшості гранітних родовищ України.

В разі розміщення покрівлі покладу нижче рівня земної поверхні розкриття проводять загальними похилими траншеями з ухилом (х 0,06...0,1%). Можливе розкриття родовища крутими траншеями з застосуванням похилу підйомників. Траншеї необхідно розміщувати з урахуванням наявності систем головних тріщин і елементів їх залягання. У разі витягнутої конфігурації покладу каменю круті траншеї доцільно розміщувати посередині довгого борту кар'єру. У разі розміщення каменю в безпосередній близькості від земної поверхні припустиме безтраншейне розкриття. Тоді як підйомно-транспортне устаткування використовують кабельні та дерик-крани, самохідні підіймальні кліті.

Родовища, які залягають вище від панівного рівня поверхні, розкривають напівтраншеями. Таке просторове розміщення покладу дає змогу реалізувати деякі технічні переваги : основний напрямок вантажопотоку - згори вниз, завдяки чому вдається використовувати при транспортуванні власну вагу корисної копалини. Розкривні виробки за такого варіанту розкриття в окремих випадках можуть виконуватись відразу на всю висоту кар'єра, на відміну від родовищ глибинного типу, на яких системи траншей розкриваються поступово. Технологія відроблення товщі розкривних робіт багато в чому визначається їх потужністю та фізико-механічними характеристиками. Товщу м'яких і пухких порід розкриву можна відробляти за допомогою одноковшових екскаваторів з малою місткістю ковша, а також навантажувачів, скреперів, бульдозерів. Відображення верстви скельових порід розкриву може проводитися за допомогою буро-підривних робіт, каменерізних машин, навісних скошувачів.

Важливою ланкою в технологічному процесі добування кам'яних порід є підривні роботи, які повинні забезпечити запас матеріалу, необхідний для безперервної роботи екскаваторів і транспортних засобів. Останніми роками підривні роботи виконують з попереднім щілиноутворенням і залишають захисний шар потужністю 1...3 м. У такому разі використовують бризантні вибухові речовини, а щілину створюють випереджувальним підриванням гірлянд патронованої вибухової речовини. Розробка породи проводиться горизонтальними або похилими шарами з переходом від одного шару до іншого уступами, висота яких не повинна перебільшувати допустиму висоту різання екскаватора. Розробка уступів ведеться комплектом будівельних і транспортних машин (екскаватори з прямою лопатою місткістю 1...2 м3 – 3-1003, 3-2001). У великих кам'яних кар'єрах використовують потужні екскаватори КТ-4б, ЗКТ-4, 3МГ-4,6. Транспортування породи від місця добування на переробні фабрики здійснюється по рейковим коліям, автомашинами і тракторними причепами. Транспортування породи автомашинами дозволяє на 23...30% підвищити продуктивність екскаваторів, значно зменшити обсяг підготовчих робіт, пов'язаних з обладнанням доріг і інших транспортних споруджень, організувати працю потоковим способом.

Подрібнення і сортування заповнювачів здійснюються по відкритому або замкнутому циклу. При відкритому циклі вихідний матеріал пропускають через дробарки одноразово. Після чого матеріал подають на сортування, а потім на склад готової продукції. При замкнутому циклі матеріал, який не пройшов через сито, з грохотів подається на подрібнення у ті ж самі дробарки. Перевагою схеми з замкнутим циклом є те, що вихідний отвір дробарки у цьому разі може бути встановлений на більший розмір, що дозволяє підвищити продуктивність дробарок. Крім того, при цьому досягається більша рівномірність подрібнення і зменшуються витрати паливно-енергетичних ресурсів. Замкнутий цикл використовують при дво- і багатостадійному подрібненні.

На підприємствах по виробництву заповнювачів використовують дробарки різних типів. Щокові дробарки продуктивністю від 5 до 310 м3/в рік. використовують головним чином для первинного подрібнення кам'яних матеріалів різної міцності. Для подальшого подрібнення більш ефективними є конусні дробарки продуктивністю 23...170 м3/ в рік. Валкові дробарки продуктивністю 15...123 м3 /в рік. використовують для подрібнення каменю малої і середньої твердості. Молоткові дробарки ударної дії продуктивністю 6...100 м3/в рік. використовують як для крупного, так і для середнього і дрібного подрібнення порід середньої і малої твердості. Сортування подрібненого матеріалу по фракціям виконують декількома способами: механічним, гідравлічним, повітряним і магнітним. Найбільш розповсюдженим при виробництві заповнювачів є механічний спосіб сортування за допомогою грохотів. Використовувані грохоти за принципом дії поділяються на рухомі і нерухомі, а по виду і формі поверхні просіювання на колосникові, роликові, плоскі чи барабанні. Найбільш ефективні рухомі грохоти-плоскі і барабанні, обладнані рухомими ситами для сортування матеріалів. На піщано-гравійних кар'єрах добре себе зарекомендували конічні грохоти, які дозволяють виконувати утилізацію відходів шляхом отримання піску з відходів подрібнення кам'яних порід. Рухомі плоскі грохоти можуть мати два види поверхні просіювання: колосникову, яка складається з окремих листів з штампованими або просвердленими отворами, та сітчасту.

При збагаченні піщано-гравійних сумішей використовують суху або мокру технологію. Сухий спосіб збагачення передбачає подрібнення і послідовне просіювання матеріалу через набір сит. Цей спосіб не забезпечує потрібного фракціонування заповнювачів і він пов'язаний з значними витратами паливно-енергетичних ресурсів. Мокрий спосіб збагачення потребує використання складного обладнання, але він забезпечує більш якісну класифікацію матеріалу при одночасному його промиванні. Широко використовується метод гідравлічної класифікації. Розподіл піщано-гравійної породи при цьому здійснюється за рахунок різних швидкостей осідання у водяному потоці піщаних частинок, в яких більш крупні і важкі осідають швидше дрібних і легких.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Бастрыкин А.Н. Организация промышленных предприятий строительной индустрии. М.: Высшая школа,1983.

2. Бучок Ю.Ф. Будівельні конструкції. К.: Вища школа,1994.

3. Горлов Ю.П. Искусственные пористые заполнители и легкие бетоны на их основе .: Стройиздат,1988.