Содержание к диссертации
Введение
1. Применение отсевов дробления из изверженных горных пород в технологии бетона 10
1.1 Опыт применения отсевов дробления в технологии бетона 10
1.2 Рабочая гипотеза 18
1.3 Методы исследования и используемые материалы 22
2. Предпосылки использования отсевов дробления щебня из изверженных горных пород в мелкозернистых бетонах 26
2.1 Анализ минерально-сырьевой базы изверженных горных пород на территории Европейской части России и Урала 26
2.2 Изучение исходного сырья и щебня 33
2.2.1 Геолого-петрографическая характеристика месторождений 33
2.2.2 Изучение свойств щебня 38
3. Комплексное изучение свойств фракционированных отсевов дробления щебня, включая пылевидную составляющую 42
3.1 Отбор представительных проб отсевов дробления щебня наиболее распространенных видов изверженных пород (основных и кислых) на предприятиях, поставляющих нерудные строительные материалы в г.Москву 42
3.2 Изучение свойств песка из отсевов дробления 43
3.2.1 Изучение физико-механических свойств 43
3.2.2 Минералого-петрографические исследования 47
3.2.3 Определение реакционной способности 53
3.2.4 Радиационно-гигиеническая оценка 54
3.3 Исследование пылевидной составляющей отсевов дробления щебня 57
3.3.1 Определение удельной поверхности и распределения частиц по размерам 58
3.3.2 Минералого-петрографические исследования 61
3.3.3 Изучение химического состава 67
3.3.4 Оценка содержания вредных примесей 70
3.3.5 Изучение химической активности 73
3.3.6 Природа поверхности частиц менее 0,16 мм отсевов дробления 74
4. Разработка технологий получения фракционированных отсевов дробления щебня из изверженных горных пород 79
4.1 Предпосылки для создания технологий переработки отсевов дробления 79
4.2 Разработка «сухой» технологии 81
4.3 Разработка «мокрой» технологии 84
5. Исследование структуры и свойств бетонных смесей и мелкозернистых бетонов с использованием фракционированных песков из отсевов дробления щебня изверженных горных пород 88
5.1 Подбор оптимального гранулометрического состава песков фракционированных из отсевов дробления 88
5.2 Изучение структурообразующей роли частиц менее 0,16 мм отсевов дробления 92
5.2.1 Изучение состава цементного камня методом рентгенофазового анализа 92
5.2.2 Исследования мелкозернистых бетонов с отсевами дробления методом аналитической сканирующей электронной микроскопии 101
5.3 Исследование поровой структуры 137
5.4 Исследование свойств бетонных смесей и бетонов с использованием фракционированных песков из отсевов дробления 158
5.4.1 Технологические свойства бетонных смесей 158
5.4.2 Исследование прочностных характеристик мелкозернистых бетонов 163
5.4.3. Особенности механизма структурообразования бетона с отсевами дробления щебня 173
5.4.4 Определение деформаций усадки мелкозернистых бетонов 179
5.4.5 Исследование свойств бетонных смесей и бетонов
с модифицирующими добавками 190
5.4.5.1 Технологические свойства бетонных смесей 190
5.4.5.2 Исследование прочностных характеристик мелкозернистых бетонов с модифицирующими добавками 195
5.4.6 Изучение морозостойкости мелкозернистых бетонов 208
Глава 6 Разработка нормативно-технической документации и технико-экономическая эффективность использования отсевов в мелкозернистых бетонах 216
6.1 Разработка нормативно-технической документации на пески фракционированные из отсевов дробления щебня из изверженных горных пород 216
6.2 Технико-экономическая эффективность использования отсевов дробления в мелкозернистых бетонах 218
Общие выводы 221
Список литературы 223
Приложения 262
- Опыт применения отсевов дробления в технологии бетона
- Анализ минерально-сырьевой базы изверженных горных пород на территории Европейской части России и Урала
- Отбор представительных проб отсевов дробления щебня наиболее распространенных видов изверженных пород (основных и кислых) на предприятиях, поставляющих нерудные строительные материалы в г.Москву
- Предпосылки для создания технологий переработки отсевов дробления
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из путей экономии материальных и энергетических ресурсов в производстве мелкозернистых бетонов является использование отходов различных видов производств.
Около 3,0 тысяч карьеров, производящих нерудные материалы, и горнообогатительных комбинатов разрабатывают месторождения для производства строительных материалов. В тоже время в процессе горных работ и при переработке горных пород образуется огромное количество отходов (отсевов дробления). Объемы отсевов изверженных горных пород за счет производства щебня улучшенной формы зерен, пользующегося сегодня повышенным спросом, постоянно растут. По разным оценкам образуется от 18 до 25% отсевов от перерабатываемой горной массы, а при получении щебня I и И-ой группы по форме зерен эта цифра может достигать 30-36% и более в зависимости от структурно-текстурных особенностей пород. В России более 460 предприятий перерабатывают изверженные горные породы. Для типовых предприятий со средней мощностью 500 тыс.м3 образуется примерно от 120 до 170 тыс.м3 отсевов в год. К этому следует добавить отходы горнообогатительных комбинатов: вскрышные, сопутствующие и вмещающие породы, которые близки по фазовому и минеральному составу к отходам предприятий нерудной промышленности.
Рост объемов отходов приводит к образованию отвалов, занимающих значительные площади пахотной земли, а также к загрязнению воздушной и водной среды.
При существующих технологиях на операции дробления и измельчения приходится около 50%) всех затрат, в первую очередь энергетических. Повторное вовлечение отсевов дробления очень перспективно.
Однако, в настоящее время отсевы дробления не находят широкого применения в технологии бетона из-за недостаточной изученности их свойств и отсутствия нормативной документации.
Эффективная утилизация текущих отходов и техногенного сырья позволит снизить расход на добычу нерудных строительных материалов из пород эксплуатируемых месторождений, оздоровить среду обитания и освободить площади сельскохозяйственных земель.
Диссертационная работа выполнена в рамках НИОКР проводимых во ФГУП «ВНИПИИстромсырье»:
НИОКР: «Исследования и разработка технологий производства экологически чистых строительных материалов с комплексным использованием техногенного сырья» по федеральной целевой научно-технической программе «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 гг», блок «Поисково-прикладные технологии и разработки», раздел «Производственные технологии», подраздел «Строительный комплекс»;
НИОКР «Нормативно-техническая документация по применению фракционированных материалов из минерального сырья и отходов карьеров с целью использования их для производства кровельных и других строительных материалов», проводимой для развития науки и технологий в интересах города Москвы на 2004-2005гг. по гранту «Московского комитета по науке и технологиям».
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка составов и технологии мелкозернистых бетонов из отсевов дробления щебня изверженных горных пород.
Для достижения основной цели решались следующие задачи:
комплексно пофракционно изучить свойства отсевов дробления щебня изверженных горных пород кислого и основного состава, включая частицы менее 0.16 мм (пылевидную составляющую);
разработать нормативно-техническую документацию на производство и применение песков фракционированных из отсевов дробления щебня;
оптимизировать гранулометрический состав песков из отсевов дробления щебня;
исследовать влияние песков из отсевов дробления щебня на структурообразование мелкозернистых бетонов;
установить зависимости свойств бетонных смесей и бетонов на песках из отсевов дробления щебня от главных факторов;
оценить технико-экономическую эффективность использования песков из отсевов дробления щебня в мелкозернистых бетонах;
-провести опытно-промышленное опробование результатов исследования.
Научная новизна. Впервые проведена комплексная оценка свойств отсевов дробления, включая частицы менее 0,16 мм, позволяющая оценить целесообразность их использования в производстве мелкозернистых бетонов.
Обоснована возможность получения эффективных мелкозернистых бетонов на основе отсевов дробления в виде песка, а в качестве наполнителя частиц менее 0,16 мм, обладающих повышенной активностью и в комплексе с суперпластификаторами способствующих получению контактной зоны с пониженной пористостью и стабильными новообразованиями.
С помощью РФА и электронной микроскопии показано, что частицы менее 0.16 мм отсевов дробления взаимодействуют с продуктами гидратации портландцемента, в результате чего образуются комплексные стабильные гидросиликаты кальция.
Выявлены неизвестные ранее особенности механизма
структурообразования для кислых (гранит) и основных (габбро-диабаз) по составу отсевов дробления.
Установлено, что физико-механические свойства мелкозернистых бетонов зависят от состава и свойств поверхности отсевов дробления.
Изучено влияние модифицирующих добавок на процессы взаимодействия частиц менее 0.16 мм отсевов дробления щебня с цементной матрицей.
Установлена зависимость свойств мелкозернистых бетонов (прочности на сжатие и растяжение при изгибе, усадочных деформаций и морозостойкости), в том числе с пластифицирующими добавками от главных факторов.
Показано влияние состава песков из отсевов дробления, в том числе в комплексе с суперпластификаторами на характеристики порового пространства.
Практическое значение. Предложен метод подбора оптимального гранулометрического состава песков фракционированных из отсевов дробления щебня.
Разработаны и утверждены во ФГУП «ВНИПИИстромсырье» при участии диссертанта:
-технические условия на песок фракционированный из отсевов дробления щебня изверженных горных пород;
-технологические регламенты на производство песков
фракционированных из отсевов дробления щебня изверженных горных пород по «мокрому» и «сухому» способу.
Определены оптимальные составы, применение которых позволяет получить мелкозернистые бетоны с песками фракционированными из отсевов дробления щебня классов В22,5... В40, характеризующиеся морозостойкостью более 200 циклов.
Внедрение результатов работы. Материалы исследований использованы в разработке составов бетонов для строительства Билибинской АЭС, где применялся отсев дробления габбро-диабаза аналогичный по составу и свойствам изучаемому. Объем внедрения составляет 500 тыс.м3.
Апробация работы. Основные положения, разработанные в диссертации, представлены на: шестой и седьмой научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство -формирование среды жизнедеятельности», проходивших в МГСУ в 2003 и 2004гг.; круглом столе IX Международной выставки молодежных научно-
технических проектов "ЭКСПО - Наука 2003", проходившей на ВВЦ; Международной научно-технической конференции «Современные проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений», г. Вологда, 2003г.; Международном конгрессе "Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии" г. Белгород, 2003г.; Международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика», г. Пенза, 2003г.; 5-я Международной научно-технической конференции "Современные технологии сухих смесей в строительстве "MixBUILD", г.Санкт-Петербург, 2003г.; XI Международной конференции «Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов», г.Санкт-Петербург, 2004г.; XIV Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, г. Черноголовка, 2005 г.
Публикации. По результатам работы опубликовано 18 печатных работ, включая 7 научно-технических отчетов.
На защиту выносятся:
свойства отсевов дробления щебня изверженных горных пород кислого и основного состава, включая частицы менее 0.16 мм (пылевидную составляющую);
обоснование возможности использования отсевов дробления щебня в мелкозернистых бетонах;
оптимальные составы бетонов на песках фракционированных из отсевов дробления и обобщенные зависимости свойств бетонных смесей и бетонов;
результаты опытно-промышленного внедрения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений; содержит 318 страниц, 45 таблиц, 102 рисунка, список литературы, включающий 387 наименований и 9 приложений.
Опыт применения отсевов дробления в технологии бетона
Учитывая проведенный анализ литературных данных диссертант выдвигает следующую рабочую гипотезу.
При производстве щебня, в том числе из изверженных горных пород, происходит замельчение материала, т.е. образование зерен мельче 5 мм, которые уходят в отходы (отсевы дробления). К сожалению, этот материал, как показал проведенный анализ, по ряду объективных причин находит пока ограниченное применение в производстве мелкозернистых бетонов. Зарубежный и ограниченный отечественный опыт свидетельствуют об эффективности применения при производстве мелкозернистых бетонов узких фракций песков, которые могут использоваться в различных соотношениях [96]. Внедряемая на современных предприятиях - заводах ЖБИ - система управления качеством продукции определяет более жесткий подход к использованию сырьевых материалов и диктует необходимость использования фракционированных материалов.
Как указывалось ранее в приведенном выше обзоре литературных источников повышенное содержание частиц менее 0,16 мм в отсевах дробления приводит к увеличению водопотребности, и как следствие, снижению прочности. В то же время эти частицы представляют собой готовый наполнитель, обладающий рядом ценных свойств, присущих горным породам из которых они образуются.
Использование фракционированных отсевов дробления щебня из изверженных горных пород, в том числе частиц менее 0,16 мм, позволит получать на местном сырье бетоны, имеющие высокую прочность и плотность, а следовательно долговечность. В связи с этим возникает необходимость в разработке оптимальных гранулометрических составов фракционированных песков из отсевов дробления с максимальным использованием мелких фракций, в том числе частиц менее 0,16 мм. Кроме того, необходима разработка технологий получения таких песков.
Свойства мелкозернистых бетонов на отсевах дробления щебня изверженных горных пород, предназначенных для дорожного строительства, достаточно изучены. Однако мелкозернистые бетоны на отсевах дробления изверженных горных пород для гражданского строительства, при производстве которых используют подвижные и литые бетонные смеси, являются практически неизученным видом бетонов. Еще одним из сдерживающих факторов широкого использования отсевов дробления является недостаточная их изученность их фазового, морфометрического и химического составов; в большей мере это относится к частицам менее 0,16 мм. Однако, в отличие от природных песков, пески из отсевов дробления значительно различаются между собой в зависимости от исходной горной породы. В первую очередь это относится к минералого петрографическому и химическому составам. Причем отличие качественного и количественного состава будет значимым не только для разных горных пород (кислых и основных), но и для отдельных фракций одной и той же породы.
Свойства бетонов на песках из отсевов дробления будут отличаться от свойств бетонов на природных песках, что обусловлено различным происхождением этих нерудных материалов, а, следовательно, и различным фазовым (минеральным) составом. Обычные строительные пески образуются в естественных условиях, а отсевы в результате дробления горной породы. Как известно поверхность твердых тел изначально содержит точечные дефекты, которые являются активными центрами [96]. Кроме того, в результате механической обработки поверхностные слои твердых тел разрушаются, и в них создается много дополнительных дефектов: дислокации, вакантные узлы и т.п. [97]. Дробление способствует активации поверхности не только за счет увеличения количества дефектов в кристаллах, но и благодаря разрыву химических связей, что сопровождается появлением элементов с некомпенсированной валентностью [98], а также приводит к появлению отдельных гидратных фаз (аморфизации поверхности) [99]. Таким образом, влияние частиц менее 0,16 мм отсевов дробления на процесс гидратации и формирование структуры бетонов будет определяться по мнению диссертанта характеристиками поверхности этих частиц.
Анализ минерально-сырьевой базы изверженных горных пород на территории Европейской части России и Урала
Месторождения изверженных пород отличаются значительным разнообразием по составу, мощности, строению залежей, расположению относительно отметок господствующей поверхности, форме и размерам, утвержденным запасам, обводненности, мощности и характеру вскрышных пород.
Для выявления наиболее распространенных для производства щебня изверженных пород была изучена минерально-сырьевая база. Среди месторождений изверженных пород интрузивные составляют около 70%, а эффузивные около 30% [102]. В настоящее время практически весь объём высокопрочного щебня производится из интрузивных изверженных пород. Основные предприятия, производящие щебень из изверженных горных пород расположенны на территории Европейской части России и Урала.
Анализ данных Государственного баланса запасов полезных ископаемых Российской Федерации [103] показал, что на территории Европейской части России и Урала в настоящее время имеются 191 месторождение, представленное изверженными горными породами, что составляет 46% от всех месторождений строительного камня [104]. 125 месторождений балансом учитываются как разрабатываемые и 66 - как не разрабатываемые.
Эти месторождения представлены такими изверженными горными породами как: гнейс, гранит, гнейсо-диорит, пироксенит, гранитогнейс, амфиболит, пегматит, порфирит, андезит, сиенит, диорит, габбро, габбро-диабаз, базальт, липарит и т.д.
В классификации изверженных горных пород учитываются их химический (в основном содержание Si02) и минеральный состав, а также структура. Существуют три группы изверженных пород: кислые, средние и основные. Основные по составу породы сложены преимущественно пироксеном, оливином и кальциевым плагиоклазом, причем большое количество первых двух минералов определяет темную окраску. Кислые по составу породы имеют светлую окраску и состоят преимущественно из щелочных полевых шпатов, натрового плагиоклаза и кварца. Средние по составу породы имеют промежуточные характеристики между кислыми и основными. В таблице 2.1 представлена классификация изверженных горных пород, наиболее часто используемых для производства щебня, выделенная из существующей классификации, учитывающей главнейшие минералы для каждого класса [105].
Освоенность месторождений изверженных горных пород, несколько выше, чем освоенность месторождений строительного камня, представленные иными типами пород [106].
По размерам запасов разведанные месторождения изверженных пород Европейской России и Урала колеблются чрезвычайно сильно - от очень небольших, запасы которых исчисляются всего несколькими сотнями кубических метров, до гигантских, с запасами в сотни миллионов кубических метров. Распределение 188 разведанных месторождений по величине запасов приведено в таблице 2.2 (по трем из учтенных балансом запасов месторождений сведения о запасах отсутствуют).
Из таблицы 2.2 видно, что более половины (52,4%) разведанных месторождений изверженных пород Европейской части России и Урала являются малыми или очень малыми и не могут рассматриваться в качестве сырьевой базы крупных предприятий. При этом большая часть этих месторождений, составляющая 38% от общего количества, относится к категории очень малых, с запасами менее 5 млн.м3.
Следует отметить, что из 20 месторождений, учитывавшихся балансом запасов полезных ископаемых, как подготавливаемые к освоению, 13 имеют запасы свыше 10 млн.м3, в том числе 8 - свыше 50 млн.м3.
Из 53 субъектов Федерации, расположенных в пределах Европейской части России и Урала, месторождения строительного камня, представленные изверженными породами, имеются в 14. Данные о количестве месторождений в каждом из этих 14 субъектов Федерации приведены в таблице 2.3.
Как видно из таблицы 2.3 больше всего месторождений изверженных пород в Челябинской, Свердловской, Мурманской, Ленинградской областях и в республике Карелия (от 16 до 52). Всего на их территории учтено 147 месторождений. По остальным 9 субъектам Федерации учтено от 1 до 13 месторождений.
Эксплуатируемых месторождений больше всего (от 11 до 42) в Челябинской, Свердловской, Ленинградской, Мурманской областях и республике Карелия. Всего на их территории учтено 99 разрабатываемых месторождений, что составляет 79,2% от их общего количества.
При выборе из работающих на 125-ти эксплуатируемых месторождениях предприятий, перспективных для дальнейшего рассмотрения, необходимо исходить из того, что впервую очередь к ним должны быть отнесены предприятия со значительным объемом добычи. К таковым относятся предприятия с объемом добычи свыше 300 тыс.м .
Изверженные породы, используемые для производства щебня, по составу можно условно разделить на две группы: кислые и основные. Из 18 наиболее крупных производителей щебня из изверженных горных пород, выделенных в Европейской части России и на Урале полезная толща у 10-и разрабатываемых ими месторождений сложена гранитами или гранито-гнейсами (кислые по составу породы), у остальных 8 — диоритами, габбро, сиенитами или их разновидностями (основные по составу породы). По своим свойствам, в качестве сырья для производства щебня, основные по составу породы не уступают гранитам или даже лучше них. Почти все из рассматриваемых предприятий, расположенные в Ленинградской области и в Карелии разрабатывают гранитные месторождения (8 из 9), а почти все из рассматриваемых предприятий расположенные на Урале, разрабатывают диориты, габбро или сиениты (7 из 9). Породы, разрабатываемые этими предприятиями, характеризуются высокой прочностью, что при нормальной технологии добычи и переработки обеспечивает получение из них щебня марки по прочности не ниже 1000, обычно марки 1200 и на некоторых предприятиях— 1400.
Отбор представительных проб отсевов дробления щебня наиболее распространенных видов изверженных пород (основных и кислых) на предприятиях, поставляющих нерудные строительные материалы в г.Москву
Отбор проб отсевов дробления производился диссертантом на предприятиях-производителях, отличающихся высоким качеством щебня по всем показателям ГОСТа и являющихся наиболее значимыми поставщиками для строительного комплекса г.Москвы. В качестве таких производств были выбраны ОАО "Гранит-Кузнечное" (месторождение Кузнечное-1», где были отобраны отсевы дробления гранита и ОАО "Орское карьероуправление" (Круторожинское месторождение), где были отобраны отсевы дробления габбро-диабаза. Отбор проб производился на транспортерах отправляющих отсевы на склад готовой продукции, при строгом соблюдении требований техники безопасности. При этом осуществлялся отбор нескольких точечных проб, которые при смешивании образовывали одну объединенную пробу.
Отбор точечных проб с транспортера, подающего продукцию на склад, осуществлялся методом сечений. Отсечение материала осуществлялось периодически через каждые 60 минут. Выбранная частота отбора проб является достаточной для получения представительной средней пробы. Непосредственно отбор проб этим методом выполнялся с помощью ножа отсекателя. Таким образом было отобрано 5 точечных проб через каждые 60 минут в течении одной смены.
После отбора точечные пробы были объединены и тщательно перемешены для получения объединенной пробы. Объединенная проба упаковывалась в полиэтиленовые мешки для отправки багажом. По результатам отбора проб были составлены акты (Приложение 1,2).
Обработка проб отсевов, полученных в результате объединения частичных проб, перед последующими испытаниями включала тщательное усреднение (перемешивание) и сокращение до необходимой массы. Перемешивание и сокращение проб производилось вручную способом кольца и конуса. После перемешивания объединенную пробу сокращали методом квартования, как наиболее простого способа, не требующего специального оборудования [114]. Последовательным квартованием сокращали пробу в два раза до получения лабораторной пробы массой равной 100 кг. Из лабораторной пробы квартованием были приготовлены аналитические пробы для разных видов испытаний. Для проведения пофракционных исследований химического и минералого-петрографического состава был произведен рассев песка из отсевов дробления щебня на ситах стандартного набора на следующие фракции: 2,5-5 мм; 1,25-2,5 мм; 0,63-1,25 мм; 0,315-0,63 мм; 0,16-0,315 мм; 0 0,16 мм.
Изучение физико-механических свойств песков из отсевов дробления выполнялось в ОАО "НИИЭС" (аналитик Затворницкая Т.А.) включало оценку гранулометрического состава (таблицы 3.1, 3.2) и таких показателей как: насыпной и истиной плотности, пустотности, водопотребности (таблица 3.3).
По гранулометрическому составу песок из отсевов дробления габбро-диабаза с Мкр=3,22 относится к пескам повышенной крупности, а пески из отсевов дробления щебня гранита с Мкр=2,64 относятся к крупным пескам.
Содержание зерен свыше 5мм в отсевах дробления габбро-диабаза составляет 24,2%, а в отсевах гранита 20,2%, что превышает требования ГОСТ 8736-93 "Песок для строительных работ. Технические условия", 45 согласно которому для крупных и повышенной крупности песков I класса содержание таких зерен не должно превышать 5% по массе.
Особенностью отсевов дробления щебня из изверженных горных пород является повышенное содержание частиц менее 0,16 мм, которое согласно ГОСТ 8736-93 для крупных песков и песков повышенной крупности не должно превышать 5% по массе. В то же время в отсеве габбро-диабаза содержание частиц менее 0,16 мм составляет 15% по массе, а в отсевах гранита до 20,4% по массе.
Таким образом, изучаемые пески из отсевов дробления щебня не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к заполнителям для тяжелого бетона согласно ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия». Кривые просеивания этих песков расположены в области крупных и повышенной крупности песков (рис. 3.1).
Для использования песков из отсевов в бетонах их гранулометрический состав должен быть оптимизирован, то есть обеспечивать наибольшую подвижность с минимальным расходом цемента, при этом бетонная смесь не должна расслаиваться.
Изучению проблемы оптимального гранулометрического состава природных песков посвящен целый ряд работ. [115-118] Ряд авторов считают, что необходимо применять пески с достаточным содержанием мелких фракций. Однако, что касается отсевов дробления, до настоящего времени, опимизация гранулометрического состава заключалась в удалении частиц менее 0,16 мм. [119] В то же время мелкие частицы в песке обеспечивают перемещение крупных частиц относительно друг друга [120, 121], то есть играют роль пластифицирующей добавки.
Таким образом, основным препятствием для использования отсевов в большей мере является не повышенное содержание частиц менее 0,16 мм как считалось ранее [122, 70], а значительное количество крупных частиц (более 5 мм и более 2,5мм). Для создания оптимальных гранулометрических составов песков из отсевов дробления, необходимо их фракционирование.
Предпосылки для создания технологий переработки отсевов дробления
Возрастающая конкуренция на рынке строительных материалов, обусловленная высоким качеством импортной продукции, заставляет отечественных производителей предъявлять повышенные требования к качеству исходных материалов, в том числе к песку. Освоение новых технологий, часто закупаемых за рубежом, приводит к необходимости использования фракционированных песков, при этом требуются как отдельные узкие фракции песка, так и их смеси в заданном соотношении.
Разработанные ранее различные способы классификации отсевов дробления в основном применялись для отделения мелких частиц и давали низкую степень очистки [216]. Сейчас существует отечественное и зарубежное оборудование, позволяющее создавать гибкие технологические линии и разделять отсевы на узкие фракции. К такому оборудованию относятся воздушные каскадно-гравитационные классификаторы НПА "Урал-Центр" [217], виброклассификаторы фирмы "ВСЕЛУГ" [46], грохоты фирмы "Krush" [218].
Для решения задач, поставленных с настоящей диссертационной работе необходимо адаптировать существующие или разработать новые технологии для производства песков фракционированных из отсевов дробления. Для этого диссертантом была адаптирована «мокрая» технология и предложена «сухая» технология. «Мокрая» технология получения фракционированных песков из отсевов дробления щебня изверженных пород целесообразна в тех случаях, когда производится промывка основного продукта (щебня).
Преимуществом «мокрой» технологии является: 1. Обеспечение стабильной производительности установки, что гарантирует постоянство режима работы всего комплекса оборудования и постоянный состав выпускаемых фракций песка. 2. Простота технологического процесса фракционирования, возможность его регулирования за счет изменения скорости восходящего потока в гидроклассификаторе и изменения диаметра насадки гидроциклона. 3. Отсутствие быстроизнашивающихся грунтонасосов. «Сухая» технология обеспечивает получение фракционированных песков из отсевов дробления и не требует больших объемов воды, дополнительной энергии на сушку и площадей под отстойники.
Однако у «сухой» технологии есть ряд недостатков. Анализ существующих методов и технологических схем производства тонкодисперсных строительных материалов показал, что наиболее трудоемкой и низкоэффективной операцией является их рассев на виброгрохотах с низкочастотными колебаниями. Этот процесс требует интенсификации.
Фирмой «Kroosh» для интенсификации процесса грохочения предложена специально разработанная поличастотная адаптерная система, которая многократно увеличивает производительность виброгрохота и эффективность рассева. Кроме того, применение таких грохотов позволяет, при необходимости, выделять пылевидную составляющую (частицы менее 0,16 мм) для ее дальнейшего использования, что исключено при «мокром» способе. Проведенная ФГУП «ВНИПИИстромсырье» технико-экономическая оценка эффективности применения виброгрохотов, оборудованных адаптерами фирмы «Kroosh», при рассеве мелкозернистых материалов показала, что инвестиционные издержки, на рассев тонкозернистых материалов значительно ниже, чем при эксплуатации отечественных виброгрохотов. Это связано с более высокой производительностью виброгрохота, оснащенного адаптерами.
Предпосылками для разработки технологических схем по «мокрой» и «сухой» технологии являлись: 1. Необходимость обеспечения выпуска, как узких фракций отсевов дробления, так и их смесей в зависимости от требований потребителей. 2. Возможность комбинации узких фракций или их смесей согласно предложенному диссертантом способу подбора гранулометрического состава (раздел 5.2), обеспечивающей доброкачественность песков. 3. Требование к строительству установки на территории карьера или ж/б завода, вблизи склада инертных наполнителей, и сравнительно стесненных условиях. 4. Схема установки должна быть простой, включать минимальное количество оборудования, в достаточной степени апробированного.
