Підготовка піску для бетону – резерв зниження вартості будівництва

Дослідженнями вітчизняних і зарубіжних вчених показано, що від піску як основного носія поверхні, гранулометрія якого визначає пустотність заповнювача, головним чином залежить витрата цементу в бетоні. І тому саме природний пісок в першу чергу має бути підданий переробці.

В даний час немає єдиної думки про те, якими повинні бути критерії якості піску для виготовлення залізобетонних конструкцій. Прийнятними вважаються піски, що відповідають стандарту, а кращими з них - великі піски, причому основним критерієм, що використовується в Україні для оцінки їх якості, є модуль крупності. У той же час різними дослідниками неодноразово вказувалося, що при однаковому модулі крупності питома поверхня пісків може відрізнятися в 1,5-1,8 рази і що модуль крупності не може бути надійною оцінкою якості піску.

Приблизність використовуваних критеріїв, відсутність прив'язки якості піску до класу бетону та технічним можливостям формуючого обладнання не дають можливості оптимізувати склад піску, а використання необроблених пісків призводить до перевитрати цементу та зниження якості бетону.

За використання непідготовлених заповнювачів доводиться платити двічі: за випадковий гранулометричний склад, наявність домішок, а також за нестабільність технологічного процесу у зв'язку з постійними характеристиками заповнювачів, у тому числі й одержуваними від одного постачальника, сегрегацією піску в процесі розвантаження та ін.

Пісок має також постійно мінливу від замісу до замісу вологість, яку, через відсутність експресних методів визначення її в потоці, доводиться встановлювати, як правило,органолептично операторубетонозмішувального вузла. Все це призводить до підвищення вартості бетону у зв'язку із збільшенням витрати цементу на 10–20%. В окремих випадках, наприклад, при виготовленні конструкцій з піщаного бетону, перевитрата цементу (порівняно з використанням піску оптимального гранскладу) становить 80-140 кг/м3 або до 30%. Але й у масових випадків збільшення витрати цементу загалом на15% – зовсім неприпустима величина.

Одним із наслідків застосування пісків без додаткової обробки є постачання змерзлого піску, розвантаження якого призводить до серйозних труднощів для заводів - використання бурих машин і ін., причому проблеми не обмежуються розвантаженням, т.к. змерзлі комьяразгруженного піску неможливо знайти безпосередньо використані в технологічному процесі.

Перевитрата цементу в межах 15% при використанні необроблених річкових, кар'єрних пісків неодноразово підтверджувався теоретичними та експериментальними роботами вітчизняних та зарубіжних учених, а також практикою бетонних робіт за кордоном, де це положення відображено в нормативних документах за технологією бетону. Як відомо, в переважній більшості випадків за кордоном на заводи і будівництва поставляються мити сухі фракційовані (розділені на 4-5 фракцій) піски, що дозволяє для кожної марки бетону і кожної зручності бетонної суміші використовувати оптимальний фракційний склад заповнювачів. Відповідно, бетонозмішувальні вузли заводів забезпечені ємностями для зберігання окремих фракцій піску та щебеню, трактами подачі, керованої комп'ютером системою дозування.

Причинами, з яких в Україні не використовуються фракціоновані піски, є, з одного боку, неготовність споживачів прийняти, обробити та ввести в бетонну суміш декількаокремих фракцій піску, з іншого – неготовність кар'єрів випускати фракціоновані піски через відсутність попиту, і навіть устаткування їх класифікації.

По суті, в даний час склалася ситуація замкнутого кола, коли заводи для того, щоб прийняти окремі фракції заповнювача, потребують реконструкції, а кар'єроуправління, ГЗК через відсутність замовлень не набувають відповідного обладнання для виробництва фракціонованих пісків. Складність проблеми погіршується тим, що використання зазначеного обладнання ефективне тільки при значних обсягах переробки заповнювача, а це означає необхідність постачання фракціонованого піску, як мінімум, на 3-4 великі заводи.

Якщо взяти до уваги стан промисловості нерудних матеріалів і при поставці фракціонованого піску відмовитися від принципу диференціації гранулометричного складу для кожного виду бетону, а обмежитися деякими усередненими характеристиками піску, то для більшості бетонів, що використовуються в будіндустрії, можна вказати грансостав до оптимального цементу. Отримання пісків зазначеної гранулометрії може бути організовано на кар'єрі таким чином, що пісок з необхідним співвідношенням фракцій видається як готовий продукт, а "зайві" фракції піску в розділеному вигляді накопичуються на картах намиву, звідки поставляються споживачам для інших видів бетонів і розчинів (наприклад, для кладок матеріалів, пінобетонів).

Таким чином, реальним виходом із становища є приготування на кар'єрі фракціонованого піску, що складається з суміші певних фракцій, і постачання вже готового піску споживачеві.

Тоді споживач працює в рамках існуючого технологічного процесу і непотребує встановлення додаткового обладнання.

Зрозуміло, кар'єр, який повинен встановити обладнання з переробки піску (бункера, пульповоди, класифікатори, згущувачі, зневоднювачі), повинен компенсувати витрати збільшенням вартості піску орієнтовно на 28 руб/м3. Вартість зекономленого цементу для Московського регіону 100-150 руб/м3. Крім того, істотна можливість стабілізації технологічного процесу виробництва бетону. Класифікація піску може супроводжуватися використанням зневоднюючих речовин, що дозволяють отримувати пісок з фіксованою вологістю, що не перевищує 3%. ку води. Це, своєю чергою, призведе до додаткової економії цементу.

Інститутом “ВНДІПІІстромсировина” розроблено та досвідчено-промисловому порядку випробувано технологічну лінію для поділу піску на дві-три фракції [див. Карпєєв В.А., Хрустальов М.І. Маловідходна технологія виробництва збагачених пісків // МГТЦ науково-технічної інформації та пропаганди. Інф. листок № 85-60, 1985].

Порядок роботи лінії: вихідна піщана (піщано-гравійна) суміш екскаваторами з кар'єру вантажиться в автосамоскиди, які доставляють і розвантажують її в приймальний бункер.

З бункера дозована живильником порція піску надходить на стрічковий конвеєр, що транспортує його в пульпоутворювач, куди в заданому обсязі насосом безперервно подається вода. Мішалка всередині пульпоутворювачарозпушує і рівномірно перемішує пісок з водою.

Одночасно від зерен піску практично повністю відокремлюються глинисті і глисті частинки, що прилипли до них. Отримана гідросуміш самопливом надходить на гідрогуркіт,де відокремлюються включення гравію, комової глини та ін.

З гідрогуркоту піщана пульпа надходить в гідрокласифікатор, в якому пісок поділяється на 3 фракції: велика (цілком), середня і дрібна (частково) у заданих співвідношеннях подаються в віброзневоднювач і потім транспортуються на склад або в бункер-накопичувач фракціонованого піску.

Частини середньої і дрібної фракції, що залишилися, з головного патрубка гідрокласифікатора надходять самопливом в тонкошаровий згущувач, де з піску виділяються пилоподібні і глинисті частинки.

Очищений пісок зневоднюється і транспортується, наприклад, штабелеукладачем, на склад або в бункер-накопичувач.

Зливи з віброзневоднювача, тонкошарового згущувача і спірального класифікатора надходять самопливом у ставок-відстійник.

Освітлена вода з ставка насосом подається в пульпоутворювач і гідрокласифікатор для створення в ньому висхідного потоку.

Технічні характеристики лінії

по вихідному піску - 80

по фракціонованому піску - 50-60

по дрібному піску - 20-30

річна, тис. м3/рік - 100-150

Витрата води, м3/година:

на класифікацію – 80

Встановлена потужність, кВт – 250

Кількість обслуговуючого персоналу, чол. за зміну - 2

Собівартість м3 фракціонування, руб. - 28

В рамках програми підготовки заповнювачів для бетону розроблено розрахунковий апарат, що дозволяє оцінити якість використовуваного піску за його гранулометричним складом, формою зерен, кількістю домішок та ін. у м3 бетонної суміші.

Оскільки, крім зазначених вище характеристик піску,витрата цементу визначається класом бетону та зручноукладальністю бетонної суміші, то залежності, що оцінюють якість піску, побудовані як функція гранулометрії піску для конкретної марки бетону і зручноукладальності бетонної суміші, і тоді вони можуть бути представлені у формі квадратного багаточлена. Залежно у вигляді симплекс-діаграм дозволяють врахувати весь комплекс факторів, що впливають на витрату цементу.

При розробці розрахункового апарату істотно як зниження кількості факторів, що використовуються для оцінки якості піску, так і можливість надійного їх визначення. Наприклад, включення до факторів питомої поверхні піску істотно спростило б розрахунковий апарат. Однак відсутність лабораторної бази для визначення питомої поверхні піску і приблизність цієї оцінки не дозволяють включити в розрахунковий апарат як фактор цей показник. Показано, що як критерій оптимізації може бути прийнятий розсів піску по стандартних ситах (операція, що постійно виконується на заводах збірного залізобетону), а як фактори - міцність бетону (марка, клас) і зручність укладення бетонної суміші (ОК, жорсткість) - характеристики, які можуть бути надійно визначені в лабораторії заводу.

Ранжуванням факторів, що оцінюють якість піску, встановлено, що кількість цементного тесту в бетоні злитої структури (із заповненням міжзернового простору заповнювача з надлишком) більш ніж на 90% визначається гранулометрією піску. Вплив інших чинників набагато менеезначно. Так, вплив коефіцієнта форми (Кф) піску, що залежить, в основному, отого генези, було проаналізовано і оцінюється за витратою цементу не більше ніж в 1% при Кф, що змінюється від 1,0 до 1,5.

Розрахунковий апарат, що встановлює залежність витрат цементу від класу бетону,зручноукладальності бетонної суміші і гранулометріїпіску, дозволяє вирішити дві основні завдання: оцінити якість передбачуваного ки використання піску (найчастіше паралельно з рішенням транспортної задачі) і встановити гранулометрію "оптимального піску" для конкретного виробництва. Наявність розрахункового апарату дозволяє також вирішити ряд проміжних завдань піску поставкою його з двох кар'єрів з їх перемішуванням в процесі приготування бетонної суміші, оцінити економічну доцільність отримання фракціонованого піску на конкретному кар'єрі та ін.

Розроблено розрахунковий апарат, що дозволяє оцінити якість пісків, що використовуються під час виробництва бетону, а також встановити оптимальний гранулометричний склад піску.

Показано, що оптимальний грансклад залежить від марки бетону та зручності укладання бетонної суміші.

У зв'язку з неготовністю заводів ЗБВ і ДСК до приймання і переробки пісків, розділених на фракції, пропонується організувати отримання піску усередненого гранскладу, близького до оптимального, безпосередньо на кар'єрі та використовувати його при виробництві бетонів основних будівельних марок.

Розроблено технологію та обладнання для отримання піску, що складається з суміші необхідної кількості фракцій.

Не фракції, що не ввійшли в обсяг зазначеного піску, пропонується розмістити окремо в бункерах, картах намиву для відправки виробникам інших видів бетонів і розчинів.

У процес класифікації пропонується включити операцію зневоднення, що дозволить отримати пісок з фіксованою низькою вологістю і виключити його замерзання.

Використання фракціонованого піску для більшості конструкцій дозволяє застосувати його як єдиний заповнювач у важкому бетоні.

Постачанняфракционированного піску дозволяє скоротити расходцемента у важкому бетоні щонайменше ніж 50 кг/м3 (для піщанихбетонів на 80–100 кг/м3) за одночасного поліпшенні структурниххарактеристик матеріалу.