02.11.2008 14:23:30
Технология полученияискусственных камней заданной формы основана на использовании разрушенныхгорных пород, которые в технологии получения бетонных камней называютсязаполнителями, — щебень, гравий и песок.
Для производства щебня используюттакие изверженные, глубинные, интрузивные и излившиеся горные породы, какгранит, диабаз, габбро, базальт и др.; осадочные горные породы: известняки,доломиты, песчаники, кварциты; а также некоторые виды метаморфических пород,такие как гнейсы, сланцы и мрамор, которые уступают предыдущим по прочностнымпоказателям.
Гранитный щебень — щебень,получаемый путем дробления природного гранита, либо добываемый в карьере путемпросеивания породы. Основными свойствами гранитного щебня являются: маркапрочности (М) — 1200–1800, морозостойкость (F) — 300–400, лещадность — 2-я и 3-ягруппы, радиоактивность — 1-й класс, насыпная плотность — 1,32–1,39 т/м3,основные фракции — отсев (0–5), 5–10, 5–20, 20–40, 40–70. Гранитный щебеньприменяют в виде заполнителя для бетона на основе цемента (железобетон, бетон),на основе олигомеров (эпоксидные, полиэфирные полимербетоны), на основе битума (асфальтобетоны).
Гравийный щебень — щебень,получаемый путем просеивания карьерной породы или путем дробления природнойкаменной скалы. Гравий — рыхлый природный материал с окатанными, гладкими зернами,образовавшийся в процессе физического выветривания горных пород. К гравиюпредъявляются те же требования, что и к щебню.
Основными свойствами гравийногощебня являются: марка прочности (М) — 800–1200, морозостойкость (F) — 200–300,лещадность щебня — 2-я и 3-я группы, радиоактивность — 1-й класс, насыпнаяплотность — 1,35–1,45 т/м3, основные фракции щебня — 3–10, 5–20, 20–40, 40–70.Основной областью применения гравийного щебня являются фундаментные работы,производство бетонов и железобетонных изделий, строительство покрытий иосновании дорог; устройство покрытий и оснований пешеходных дорог и площадок.
Зерновой состав каждой фракциидолжен удовлетворять требованиям ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотныхгорных пород для строительных работ». Исходя из требований указанного ГОСТследует, что во фракции щебня, поставляемой на строительство, например 20–40 мм,количество зерен размером мельче 20 мм не должно превышать 10 %, а зерен крупнее 50 мм (1,25?D) не более 0,5 %.Выполнение этого требования необходимо для строгого соблюдения зерновогосостава отдельных фракций. Соблюдение данных требований отражается в рассеве.
Известковый щебень — щебень,получаемый путем дробления известняка с последующей химической обработкойполученного щебня. Основными свойствами известкового щебня являются: маркапрочности (М) — 400–800, морозостойкость (F) — 50–150, радиоактивность — 1-йкласс, насыпная плотность — 1,26–1,32 т/м3, основные фракции щебня — 5–20, 20–40,40–70. Известковый щебень используется для мелкоштучных ЖБИ, заполнителей втоварных смесях, дорог с невысокой транспортной нагрузкой, флюсов дляизготовления портландцемент.
Для определения пригодностищебня необходимо знать: истинную плотность горной породы, среднюю плотностьщебня, среднюю насыпную плотность щебня, относительную межзерновую пустотностьи влажность щебня.
Прочность щебня характеризуется пределомпрочности исходной горной породы при сжатии, дробимостью щебня при сжатии(раздавливании) в цилиндре и износом в полочном барабане. Эти показателиимитируют сопротивление каменного материала при воздействии проходящих подороге транспортных средств, механические воздействия в процессе строительствадорожных конструкций (укладка и уплотнение катками) и пр.
В зависимости от марки щебеньделят на группы: высокопрочный М1200–1800, прочный М800–1200, средней прочностиМ600–800, слабой прочности М300–600, очень слабой прочности М200.
В щебне нормируют содержаниезерен слабых пород с пределом прочности исходной породы при сжатии вводонасыщенном состоянии до 20 МПа. По ГОСТ 8267-93 щебень марок М1400, М1200,М1000 не должен содержать зерна слабых пород в количестве более 5 %, щебеньмарок М800, М600, М400 — более 10 %, щебень марок М300 и М200 — более 15% помассе.
Наибольшим спросом дляизготовления массовых бетонных изделий пользуется гранитный щебень прочностьюМ1200. Для ответственных сооружений используется высокопрочный гранитный щебеньили базальтовый щебень с маркой прочности М1800–1600 — в основном впроизводстве тяжелых высокопрочных бетонов, в несущих мостовых конструкциях,фундаментах.
Радиоактивность щебня — самаяважная характеристика, с которой обычно начинается обсуждение качествастроительного щебня с покупателем. Чтобы продукция была пригодна для всех безисключения видов строительных работ (это должно быть подтвержденосоответствующими сертификатами и санитарно-эпидемиологическими заключениями,исследованиями спецлабораторий), весь поставляемый гранитный щебень и другиевиды высокопрочного щебня должны относиться к 1-му классу по радиоактивности(менее 370 Бк/кг).
В щебне нормируют содержаниепылевидных и глинистых частиц (размером менее 0,05 мм). Кроме того,выделяют комки глины с крупностью частиц от 1,25 мм до наибольшегоразмера зерен щебня данной фракции при смеси фракций. Для всех видов и марокщебня по прочности содержание глины в комках в общем количестве пылевидных иглинистых частиц не должно превышать 0,25 % по массе. В щебне из магматическихи метаморфических пород содержание пылевидных и глинистых частиц не должнопревышать 1 % по массе, в щебне из осадочных пород марок от М600 до М1200 — 2 %,а марок от М200 до М400 — 3 %.
По крупности щебень разделяют нафракции. Фракция — это максимально допустимый размер отдельно взятого камня(зерна). Разделяют основные и сопутствующие фракции щебня. К основным фракциямотносятся: 5–10, 5–20, 10–20, 20–40, 20–65, 25–60, 40–70 мм. К сопутствующимфракциям относятся: 0–2, 0–5, 0–15, 0–20, 0–40, 0–60, 2–5 мм. В отдельныхслучаях находят применение фракции 70–120 и 120–150 мм.
Наибольшим спросом на рынкепользуется гранитный щебень фракции 5–20 мм, реже 5–15 мм, применяющийся впроизводстве асфальта, бетона и железобетонных конструкций. Щебень гранитныйфракций 20–40, 20–65, 25–60, 40–70 мм также пользуется устойчивым спросом иприменяется в строительстве и ремонте железнодорожных насыпей, трамвайныхлиний, подушек автомобильных дорог, в строительстве зданий при закладкефундамента, а также для дробления на более мелкие фракции щебня. Из всехприродных каменных материалов, используемых в строительстве, щебень являетсяосновным.
Выбор щебня зависит от отношения«цена — качество». Рассмотрим компоненты этого отношения.
Рассмотрим в качестве примераместорождение «Гранит — Кузнечное», ведущее предприятие в Северо-Западномрегионе. Оно производит высококачественный крупный заполнитель, щебень изгорных пород, в соответствии с ГОСТ 8267-93.
С 2000 года ОАО «Гранит — Кузнечное»входит в состав группы ЛСР.
Руководство группы ЛСР и ОАО «Гранит— Кузнечное» провели большую предварительную работу, выбирая будущихпоставщиков горного оборудования среди ведущих компаний из Швеции, Финляндии,Германии, Чехии и США. Из пяти признанных лидеров в ходе тендера была выбранаамериканская компания Telsmith.
После реализации программы пообновлению производственных мощностей современным оборудованием исовершенствованию технологий добычи и переработки природного камня, былсформирован «горнотехнологический комплекс», позволивший производить щебень поединому циклу, в котором нет условного разделения между горными цехами,заводами, погрузкой и прочими элементами технологического процесса.Сбалансированная структура «горнотехнологического комплекса» с единымуправлением, с внедрением технологий мирового уровня позволила значительноувеличить эффективность производства и производить высокопрочный щебеньотличного качества.
Мелкий заполнитель, серо-розовыйпесок, производится в соответствии с ГОСТ 8736-93 из отсевов дробления от 0 до 5 мм 2-го класса наместорождении «Кузнечное».
Эксплуатационные свойства искусственныхбетонных камней в основе своей зависят от свойств заполнителей и подборарабочей смеси, учитывающего гранулометрический состав разрушенных горных пород.
В задачу проектирования иподбора состава бетонной смеси входит выбор необходимых материалов (вяжущеговещества и др.) и установление их оптимального количественного соотношения. На этойоснове получают бетонную смесь с заданными технологическими свойствами, а такжемаксимально экономичный и долговечный бетон, отвечающий проектным иэксплуатационным требованиям при минимально возможном расходе цемента.
Подбор можно осуществлять с двухсторон: или от крупного к мелкому размеру по убывающей степени, или, наоборот,от мелкого к крупному для пластичных смесей.
На примере эксперимента сконкретными материалами проследим принцип формирования плотной насыпнойструктуры.
Представим себе цилиндрическоеметаллическое ведро. Разместим в нем до верха крупный щебень месторождения «Ровное»фракции 25–60, затем распределим более мелкий щебень, фракции 5–20, затемраспределим еще более мелкий песок из отсевов дробления, фракции 0–5. Воставшихся пустотах поместим цемент.
Каждая последующая фракция щебнязанимает пустоты предыдущей, уплотняя пространство. Характеристики щебняпредставлены ниже.
Объемная масса (плотность) 2,52–3,13г/см3, в среднем — 2,69 г/см3. Истинная плотность 2,66–2,99 г/см3, в среднем — 2,73г/см3. Водопоглощение 0,1–0,8 %, в среднем — 0,1 %. Пористость 0,1–5,5 %, в среднем— 1,6 %. Предел прочности при сжатии в сухом состоянии 1770 кг/см2, вводонасыщенном состоянии — 1600 кг/см2.
Компоненты | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | FeO | TiO2 | Na2O |
Среднее содержание, % | 69,84 | 14,84 | 1,06 | 1,83 | 1,12 | 2,83 | 2,40 | 0,5 | 3,82 |
Таблица 1
В результате сухого постадийногонаполнения объема заполнителями различных фракций получилась оптимальнаяпространственная структура камня из сухих материалов, в которой компонентырабочей смеси перераспределились между собой естественным образом в процессеуплотнения. Теперь надо смочить смесь и интенсивно перемешать, чтобы цементпревратился в пластичное тесто и «склеил» разрушенные горные породы в гомогеннуюмассу, образующую после твердения монолит.
Перемешать влажные заполнители вгомогенную смесь невозможно, но нашим производителям невыгодно делать «правильный»бетон.
Форма камня будет зависеть отформы, в которую его будут заформовывать. Чем плотнее структура, тем прочнееполучится искусственный камень. При этом излишки воды будут снижать прочностьполучаемого камня за счет образования пор. На химические реакции тратитсятолько 17 % воды затворения. Следовательно, целесообразно для достиженияпластичности и удобоукладываемости бетонной смеси вводить пластификаторы, а не избыточноеколичество воды.
Прочность получаемогоискусственного камня будет напрямую зависеть от остаточной прочностиразрушенных горных пород, то есть заполнителя.
От формы зерен щебня будетзависеть расход цемента. Щебень в зависимости от содержания зерен пластинчатойи игловатой формы (% по массе) подразделяют на 5 групп: I группа — до 10 %; IIгруппа — от 10 до 15 %; II группа — от 15 до 25 %; IV группа — от 25 до 35 %; Vгруппа — от 35 до 50 %.
Необходимо отметить, что «лещадность»— одна из самых важных характеристик качества щебня. Чем меньше «лещадность»,тем качественнее считается щебень.
Наличие в щебне зеренпластинчатой и игловатой формы приводит к увеличению межзерновой пустотностисмеси. Это, в свою очередь, приводит к увеличению расхода цемента, а следовательно,к дополнительным материальным затратам.
Согласно СНиП 82-02-95, п. 5.12,типовые нормы расхода цемента рассчитаны на щебень с содержанием зеренпластинчатой (лещадной) и игловатой формы от 25 до 35 % по массе. Прииспользовании высококачественного щебня «Гранит — Кузнечное» с содержанием 11 масс.% таких зерен норма расхода цемента снижается на 2 %.
В последнее время всё большеприобретает популярность так называемый «кубовидный» щебень, содержание зеренпластинчатой и игловатой формы в котором не превышает 15 % (I или II группа). Использованиещебня кубовидной формы дает наиболее плотную утрамбовку.
Приведем характеристики «кузнечного»песка. Песок из отсевов дробления по ГОСТ 8736-93 от 0 до 5 мм, серо-розовый, 2-го класса,крупный, месторождение «Кузнечное».Модуль крупности 3. Содержание частиц размером менее 0,16 мм — 13 %. Содержаниепылевидных и глинистых частиц 7,7 масс.%. Содержание глины в комках — отсутствует.Марка песка по прочности 1200 кгс/см2. Аэфф естественных радионуклидовдо 260 Бк/кг. Содержание вредных компонентов и примесей (испытания проведеныФГУП ВНИПИИстромсырье, Москва): аморфные разновидности диоксида кремния,растворимые в щелочах, — 11,22 ммоль/л (при допуске не более 50); сульфаты исульфиды в пересчете на SO3 — 0,006 масс. % (при допуске не более 1); пирит — 0,14масс. % (при допуске не более 4); галоидные соединения в пересчете на ион хлора— 0,001 масс. % (при допуске не более 0,15).
Весь ассортимент нерудныхматериалов ОАО «Гранит — Кузнечное» соответствуетгосударственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам. (Санитарно-эпидемиологическоезаключение на продукцию № 47.01.05.571 П.000832.10.06 от 18.10.2006, выданноеУФС Роспотребнадзора по Ленинградской области, срок действия: до 18.10.2011, ху01001001000, 168785100).
«Кузнечные» заполнители относятсяк 1-й категории и пригодны для всех областей применения.
Правила подбора бетонной смесиедины и регламентированы ГОСТ 27006-86 «Бетоны. Правила подбора состава». Расчети приготовление бетонных смесей для различных областей применения — бетон длямонолитного строительства, для фундаментных блоков, товарный бетон — идентичны.Разница состоит в номенклатуре и значении показателей качества готовогобетонного камня и технологических свойствах бетонной смеси для его формования приразличных способах бетонирования (торкретирование, набрызг, бетонирование подводой, под глинистой суспензией, раздельное бетонирование, вибролитье,вибропрессование). Для товарного бетона добавляются требования по пластичности,водоотделению и расслаиванию (в расчете на транспортирование бетонной смеси).
Пример условного обозначенияготовой к употреблению бетонной смеси тяжелого бетона класса по прочности насжатие В25, марок по удобоукладываемости П1, морозостойкости F200 иводонепроницаемости W4: БСГ В25 П1 F200 W4 ГОСТ 7473-94.
Требуемые показатели качествабетонной смеси должны быть указаны в технологическом регламенте наприготовление бетонной смеси.
При прочих равных условияхосновное влияние на качество искусственного бетонного камня оказывают факторы Iгруппы,относящиеся к характеристикам конкретного месторождения и определенногопредприятия горноперерабатывающей промышленности.
Рассмотрим цены 2008 года на рынкетяжелых бетонов с различными видами щебня, руб./м3:
– Бетон на рядовом щебне В22,5(М300), пластификатор Лигнопан Б-3 с противоморозной добавкой Лигнопан Б-4 — 3846,97.
– Бетон на рядовом щебне В20(М250), пластификатор Лигнопан Б-3 с противоморозной добавкой Лигнопан Б-4 — 3460,40.
– Бетон на рядовом щебне В15(М200), пластификатор Лигнопан Б-3 с противоморозной добавкой Лигнопан Б-4 — 2827,03.
– Бетон на рядовом щебне В7,5(М100), пластификатор Лигнопан Б-3 с противоморозной добавкой Лигнопан Б-4 — 2827,03руб.
Обратим внимание на аналоги бетона на гранитном щебне В25(М350) (4357,94 руб./м3), руб./м3:
– Бетон В25 (М350) на известняке П4 — 6090.
– Бетон В22,5 (М300) на известняке П4 — 5690.
– Бетон В20 (М250) на известняке П4 — 5290.
– Бетон В15 (М200) на известняке П4 — 4900.
Бетон на гранитном щебне производства Дмитровского завода ЖБИ,руб./м3:
– Бетон В15 (М200) — 3670.
– Бетон В20 (М250) — 4050.
– Бетон В22,5 (М300) — 4200.
– Бетон В25 (М350) — 4490.
Характеристики | Москва | Область 15 км | Область 30 км | ||
М 100 | B7,5 F50 (жестк. ук.) | Известняк | 2123 | 2223 | 2373 |
B7,5 F50 W2 П3 | Гравий | 2276 | 2376 | 2526 | |
B7,5 F50 W2 П3 | Гранит | 2613 | 2713 | 2863 | |
М 200 | B15 F50 W2 П3 | Известняк | 2441 | 2541 | 2691 |
B15 F100 W2 П3 | Гравий | 2434 | 2534 | 2684 | |
B15 F100 W2 П3 | Гранит | 2664 | 2764 | 2914 | |
М 300 | B22,5 F50 W4 П3 | Известняк | 2561 | 2661 | 2811 |
B22,5 F200 W6 П3 | Гравий | 2614 | 2714 | 2864 | |
B22,5 F300 W8 П3 | Гранит | 2872 | 2972 | 3122 | |
М 350 | B25 F200 W6 П3–4 | Гравий | 2673 | 2773 | 2923 |
B25 F300 W8 П3–4 | Гранит | 2960 | 3060 | 3210 | |
М 400 | B30 F300 W8 (12) П3–4 | Гранит | 3045 | 3145 | 3295 |
B30 F300 W8 фр. 5–10 | Гранит | 3170 | 3270 | 3420 | |
М 450 | B35 F300 W8 (12) П3–4 | Гранит | 3086 | 3186 | 3336 |
B35 F300 W8 фр. 5–10 | Гранит | 3316 | 3426 | 3566 | |
М 550 | B40 F300 W12 П3 | Гранит | 3274 | 3374 | 3524 |
М 600 | B45 F300 W12 П3 | Гранит | 3411 | 3511 | 3661 |
Таблица 2. Цены на бетон в Москве и Московской области, руб./м3
Анализируя компонентысоотношения «цена — качество», можно сделать однозначный вывод: длявысокомарочных морозостойких долговечных бетонных и железобетонных изделий иконструкции экономически целесообразно использовать гранитные щебни ОАО «Гранит— Кузнечное» (см. прайс-лист http://www.granit-kuznechnoe.ru/2/52/0/).
Литература:
1. Атаев С. С. Технологияиндустриального строительства из монолитного бетона. — М.: Стройиздат. 1989.
2. ГОСТ 10181.0-81. Смесибетонные. Общие требования к методам испытаний.
3. ГОСТ 10181.1-81. Смесибетонные. Методы определения удобоукладываемости.
4. ГОСТ 10181.2-81. Смесибетонные. Методы определения плотности.
5. ГОСТ 10181.3-81. Смесибетонные. Методы определения пористости.
6. ГОСТ 10181.4-81. Смесибетонные. Методы определения расслаиваемости.
7. ГОСТ 27006-86. Бетоны.Правила подбора состава.
8. СНиП 82-02-95. Федеральные(типовые) элементные нормы расхода цемента при изготовлении бетонных ижелезобетонных изделий и конструкций. — М.: Минстрой России, 1996.
9. Справочник по производствусборных железобетонных изделий / Г. И. Бердичевский и др. — М.: Стройиздат,1982.