Виды песка и его применение в строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Песок

Трудно перечислить те области хозяйства, где сегодня применяется песок. Его используют в коммунальном хозяйстве - для благоустройства придомовых территорий, посыпки тротуаров и дорог при гололеде, в промышленности - для пескоструйной обработки изделий, производства ЖБИ изделий, бетона и изделий из него, кварцевый песок - для изготовления стекла, в зеленом хозяйстве - для приготовления почвосмесей в теплицы, хранения луковиц цветов и т.д. И уж совсем невозможно обойтись без песка в строительстве: изготовление раствора для кладки, штукатурные работы, обустройство дренажных систем и многое другое. Из песка изготавливаются различные сухие строительные смеси и пескобетоны.

Виды песка Природный песок образовался в результате естественного разрушения горных пород. Он состоит в основном из кварца, полевых шпатов, слюды и некоторых других минералов.

По своему происхождению песок делится на несколько видов.

Карьерный - добывают в карьерах открытым способом. Карьерный песок содержит много примесей: глины, пыли, мелких камешков, органических останков. Из-за этого цемент плохо сцепляется с заполнителем и, тем самым, ухудшается качество приготовленного раствора. Поэтому при производстве бетона и железобетонных изделий, к которым предъявляются повышенные требования по прочности, водопроницаемости и морозостойкости, используют только мытый карьерный песок. Для этого в ангарах или насыпях его промывают большим количеством воды с помощью несложного оборудования. В тех местах, где в песке встречается много камней, его просеивают. Сеяный и особенно мытый песок дороже, чем обычный карьерный, но, учитывая высокие требования к качеству изделий, он выгоднее во всех отношениях.

Речной и морской - наиболее чистый песок, но тоже имеет свои недостатки. В силу того, что его зерна более округлые, такой песок хуже сцепляется с цементом и быстрее оседает на дно. Также в нем могут встречаться ракушки, что в конечном итоге влияет на прочность готового изделия. В частности строительный бетон полученный из таких песков не отвечает современным строительным нормам.

Барханый и дюнный - эти виды песка в строительных работах практически не используются из-за слишком мелких размеров зерен.

Искусственный - его получают путем дробления магматических или карбонатных осадочных пород, а иногда измельчают побочные продукты производства: бой кирпича, шамотного легковеса, некоторые виды шлаков и др. При этом стараются получить зерна кубовидной или пирамидальной формы. Стоимость искусственного песка выше природного (особенно полученного путем измельчения искусственного или природного легкого заполнителя), поэтому чаще всего его добавляют к мелкозернистому строительному песку для улучшения его качеств.

Типы песка и их применение в строительстве. Песок подразделяется на крупно, средне и мелкозернистый. Наиболее ценится именно крупнозернистый песок, т.к. он помогает сэкономить в строительстве до 7% цемента без потери его прочностных характеристик. Оценить крупность зерен помогает модуль крупности - МКР.

МКР от 0.5 до 1.5мм - такой песок применяют для приготовления сухих смесей и покрывных растворов,

МКР от 1.5 до 2.2мм - применяется в качестве заполнителя практически для всех видов растворов, идет на устройство оснований автомобильных дорог.

МКР от 2.2 до 5мм - используется для изготовления бетона, тротуарной плитки, железобетонных изделий, устройства стяжки, для дренажных работ и др. Причем для дренажа не используется карьерный песок, т.к. из-за большого количества глины он обладает довольно низким коэффициентом фильтрации: всего 4 м/сутки. Однако у мытого карьерного песка этот коэффициент повышается до 10 м/сутки. Более крупные фракции (от 5мм) можно смело отнести к категории щебень.

Способы добычи

песок строительство бетон

Карьерный песок добывают открытым способом с помощью различной техники: одноковшовых экскаваторов с прямой лопатой, скреперов, драглайнов, цепных многоковшовых экскаваторов и др. Перед началом разработки месторождения проводится детальная геологическая разведка. Качество и однородность песка периодически проверяются, участки с некачественным песком обходят или вывозят в отвал. К потребителю песок доставляется автомобильным или железнодорожным транспортом. Когда такие карьеры расположены недалеко от крупных потребителей, доставка может осуществляться при помощи конвейерного транспорта: роторный или цепной многоковшовый экскаватор непрерывно подает песок на непрерывную поточную линию ленточных транспортеров.

Для подводной добычи песка в обводненных карьерах или со дна рек и морей используются экскаваторы-драглайны, землечерпалки, канатные скреперы, но чаще всего - землесосные снаряды (мощные центробежные насосы). Земснаряды устанавливаются на понтоне, который с помощью тросов, свайных устройств и якорей фиксируется на поверхности воды. К нему с берега прокладывается плавучий пульповод. Через всасывающее устройство землесоса песок и вода закачиваются в трубу и по пульповоду транспортируются в гидроотвалы на берегу, откуда вода стекает обратно в водоем.

Стоимость песка зависит от его вида, типа, способа добычи и транспортировки. На нашем портале мы расскажем обо всех российских поставщиках, о свойствах песка в тех или иных карьерах, о ценах на него и многом другом. Мы периодически проверяем все торговые площадки на нашем строительном портале, чтобы удалить недобросовестных поставщиков.

Подготовка песка для бетона - резерв снижения стоимости строительства

Отечественная промышленность по производству товарного бетона, заводы ЖБИ и ДСК, производящие сборный железобетон, используют в качестве заполнителей песок и щебень, как правило, не подвергавшиеся дополнительной обработке после их добычи. И если сама технология получения щебня включает дробление и сортировку материала, т.е. позволяет поставлять, по крайней мере, две фракции крупного заполнителя, то добытый песок обычно никак не обрабатывается.

Исследованиями отечественных и зарубежных ученых показано, что от песка как основного носителя поверхности, гранулометрия которого определяет пустотность заполнителя, главным образом зависит расход цемента в бетоне. И поэтому именно природный песок в первую очередь должен быть подвергнут переработке.

В настоящее время нет единого мнения о том, каковы должны быть критерии качества песка для изготовления железобетонных конструкций. Приемлемыми считаются пески, соответствующие стандарту, а лучшими из них - крупные пески, причем основным критерием, используемым в России для оценки их качества, является модуль крупности. В то же время различными исследователями неоднократно указывалось, что при одинаковом модуле крупности удельная поверхность песков может отличаться в 1,5-1,8 раза и что модуль крупности не может служить надежной оценкой качества песка.

Приблизительность используемых критериев, отсутствие привязки качества песка к классу бетона и техническим возможностям формующего оборудования не дают возможности оптимизировать состав песка, а использование необработанных песков приводит к перерасходу цемента и снижению качества бетона.

За использование неподготовленных заполнителей приходится платить дважды: за случайный гранулометрический состав, наличие примесей, а также за нестабильность технологического процесса в связи с постоянно меняющимися характеристиками заполнителей, в том числе и получаемыми от одного поставщика, сегрегацией песка в процессе разгрузки и др.

Песок имеет также постоянно меняющуюся от замеса к замесу влажность, которую, из-за отсутствия экспрессных методов определения ее в потоке, приходится устанавливать, как правило, органолептически оператору бетоносмесительного узла. Все это приводит к повышению стоимости бетона в связи с увеличением расхода цемента на 10-20%. В отдельных случаях, например при изготовлении конструкций из песчаного бетона, перерасход цемента (по сравнению с использованием песка оптимального грансостава) составляет 80-140 кг/м3 или до 30%. Но и для массовых случаев увеличение расхода цемента в среднем на 15% - совершенно недопустимая величина.

Одним из следствий применения песков без дополнительной обработки является поставка смерзшегося песка, разгрузка которого приводит к серьезным трудностям для заводов - использованию бурорыхлительных машин и др., причем проблемы не ограничиваются разгрузкой, т.к. смерзшиеся комья разгруженного песка не могут быть непосредственно использованы в технологическом процессе.

Перерасход цемента в границах 15% при использовании необработанных речных, карьерных песков неоднократно подтверждался теоретическими и экспериментальными работами отечественных и зарубежных ученых, а также практикой бетонных работ за рубежом, где это положение отражено в нормативных документах по технологии бетона. Как известно, в подавляющем большинстве случаев за рубежом на заводы и стройки поставляются мытые сухие фракционированные (разделенные на 4-5 фракций) пески, что позволяет для каждой марки бетона и каждой удобоукладываемости бетонной смеси использовать оптимальный фракционный состав заполнителей. Соответственно, бетоносмесительные узлы заводов снабжены емкостями для хранения отдельных фракций песка и щебня, трактами подачи, управляемой компьютером системой дозировки.

Причинами, по которым в России не используются фракционированные пески, являются, с одной стороны, неготовность потребителей принять, обработать и ввести в бетонную смесь несколько отдельных фракций песка, с другой - неготовность карьеров выпускать фракционированные пески из-за отсутствия спроса, а также оборудования для их классификации.

По существу, в настоящее время сложилась ситуация замкнутого круга, когда заводы для того, чтобы принять отдельные фракции заполнителя, нуждаются в реконструкции, а карьероуправления, ГОКи из-за отсутствия заказов не приобретают соответствующее оборудование для производства фракционированных песков. Сложность проблемы усугубляется тем, что использование указанного оборудования эффективно только при значительных объемах переработки заполнителя, а это означает необходимость поставки фракционированного песка, как минимум, на 3-4 крупных завода.

Если принять во внимание состояние промышленности нерудных материалов и при поставке фракционированного песка отказаться от принципа дифференциации гранулометрического состава для каждого вида бетона, а ограничиться некоторыми усредненными характеристиками песка, то для большинства бетонов, используемых в стройиндустрии, можно указать грансостав песка по расходам цемента близкий к оптимальному. Получение песков указанной гранулометрии может быть организовано на карьере таким образом, что песок с требуемым соотношением фракций выдается в качестве готового продукта, а “лишние” фракции песка в разделенном виде накапливаются на картах намыва, откуда поставляются потребителям для других видов бетонов и растворов (например, для кладочных растворов, отделочных материалов, пенобетонов).

Таким образом, реальным выходом из создавшегося положения является приготовление на карьере фракционированного песка, состоящего из смеси определенных фракций, и поставка уже готового песка потребителю.

Тогда потребитель работает в рамках существующего технологического процесса и не нуждается в установке дополнительного оборудования. Разумеется, карьер, который должен установить оборудование по переработке песка (бункера, пульповоды, классификаторы, сгустители, обезвоживатели), должен компенсировать затраты увеличением стоимости песка ориентировочно на 28 руб/м3. Стоимость сэкономленного цемента для Московского региона 100-150 руб/м3. Кроме того, существенна возможность стабилизации технологического процесса производства бетона. Классификация песка может сопровождаться использованием обезвоживателей, позволяющих получать песок с фиксированной влажностью, не превышающей 3%. Использование песка с такой низкой влажностью исключает его смерзаемость и позволяет отказаться от ориентировочных методов оценки водосодержания бетонной смеси - установить весовую дозировку воды. Это, в свою очередь, приведет к дополнительной экономии цемента.

Институтом “ВНИИПИИ стромсырье” разработана и в опытно-промышленном порядке опробована технологическая линия для разделения песка на две-три фракции [см. Карпеев В.А., Хрусталев М.И. Малоотходная технология производства обогащенных песков // МГТЦ научно-технической информации и пропаганды. Инф. листок № 85-60, 1985].

Порядок работы линии: исходная песчаная (песчано-гравийная) смесь экскаваторами из карьера грузится в автосамосвалы, которые доставляют и разгружают ее в приемный бункер.

Из бункера дозированная питателем порция песка поступает на ленточный конвейер, транспортирующий его в пульпообразователь, куда в заданном объеме насосом непрерывно подается вода. Мешалка внутри пульпообразователя разрыхляет и равномерно перемешивает песок с водой.

Одновременно от зерен песка практически полностью отделяются прилипшие к ним глинистые и илистые частицы. Полученнаягидросмесь самотеком поступает на гидрогрохот, где отделяются включения гравия, комовой глины и др.

Из гидрогрохота песчаная пульпа поступает в гидроклассификатор, в котором песок разделяется на 3 фракции: крупная (целиком), средняя и мелкая (частично) в заданных соотношениях подаются в виброобезвоживатель и затем транспортируются на склад или в бункер-накопитель фракционированного песка.

Оставшиеся части средней и мелкой фракции из главного патрубка гидроклассификатора поступают самотеком в тонкослойный сгуститель, где из песка выделяются пылевидные и глинистые частицы.

Очищенный песок обезвоживается и транспортируется, например штабелеукладчиком, на склад или в бункер-накопитель.

Сливы из виброобезвоживателя, тонкослойного сгустителя и спирального классификатора поступают самотеком в пруд-отстойник.

Осветленная вода из пруда насосом подается в пульпообразователь и гидроклассификатор для создания в нем восходящего потока.

Технические характеристики линии

Производительность, м3/час:

по исходному песку -- 80

по фракционированному песку -- 50-60

по мелкому песку -- 20-30

годовая, тыс. м3/год -- 100-150

Расход воды, м3/час:

на классификацию -- 80

общий -- 580

Установленная мощность, кВт -- 250

Количество обслуживающего персонала, чел. в смену -- 2

Себестоимость м3 фракционирования, руб. -- 28

В рамках программы подготовки заполнителей для бетона разработан расчетный аппарат, позволяющий оценить качество используемого песка по его гранулометрическому составу, форме зерен, количеству примесей и др. Очевидно, что критерием качества песка должна быть стоимость бетона на указанном песке, однако в качестве промежуточного достаточного критерия оптимизации был принят расход цемента в м3 бетонной смеси.Поскольку, помимо указанных выше характеристик песка, расход цемента определяется классом бетона и удобоукладываемостью бетонной смеси, то зависимости, оценивающие качество песка, построены как функция гранулометрии песка для конкретной марки бетона и удобоукладываемости бетонной смеси, и тогда они могут быть представлены в форме квадратного многочлена. Зависимости в виде симплекс-диаграмм позволяют учесть весь комплекс факторов, влияющих на расход цемента.

При разработке расчетного аппарата существенно как снижение количества факторов, используемых для оценки качества песка, так и возможность надежного их определения. Например, включение в число факторов удельной поверхности песка существенно упростило бы расчетный аппарат. Однако отсутствие лабораторной базы для определения удельной поверхности песка и приблизительность этой оценки не позволяют включить в расчетный аппарат в качестве фактора этот показатель. Показано, что в качестве критерия оптимизации может быть принят рассев песка по стандартным ситам (операция, постоянно выполняемая на заводах сборного железобетона), а в качестве факторов - прочность бетона (марка, класс) и удобоукладываемость бетонной смеси (ОК, жесткость) - характеристики, которые могут быть надежно определены в лаборатории завода.

Ранжированием факторов, оценивающих качество песка, установлено, что количество цементного теста в бетоне слитной структуры (с заполнением межзернового пространства заполнителя с избытком) более чем на 90% определяется гранулометрией песка. Влияние же других факторов гораздо менее значимо. Так, влияние коэффициента формы (Кф) песка, зависящего, в основном, от его генезиса, было проанализировано и оценивается по расходу цемента не более чем в 1% при Кф, изменяющемся от 1,0 до 1,5.

Расчетный аппарат, устанавливающий зависимость расхода цемента от класса бетона, удобоукладываемости бетонной смеси и гранулометрии песка, позволяет решить две основные задачи: оценить качество предполагаемого к использованию песка (чаще всего параллельно с решением транспортной задачи) и установить гранулометрию “оптимального песка” для конкретного производства. Наличие расчетного аппарата позволяет также решить ряд промежуточных задач, например, оптимизировать состав песка поставкой его с двух карьеров с последующим их перемешиванием в процессе приготовления бетонной смеси, оценить экономическую целесообразность получения фракционированного песка на конкретном карьере и др.

Выводы

Разработан расчетный аппарат, позволяющий оценить качество песков, используемых при производстве бетона, а также установить оптимальный гранулометрический состав песка.

Показано, что оптимальный грансостав зависит от марки бетона и удобоукладываемости бетонной смеси. В связи с неготовностью заводов ЖБИ и ДСК к приемке и переработке песков, разделенных на фракции, предлагается организовать получение песка усредненного грансостава, близкого к оптимальному, непосредственно на карьере и использовать его при производстве бетонов основных строительных марок.

Разработаны технология и оборудование для получения песка, состоящего из смеси требуемого количества фракций.

Не вошедшие в объем указанного песка фракции предлагается разместить раздельно в бункерах, картах намыва для отправки производителям других видов бетонов и растворов.

В процесс классификации предлагается включить операцию обезвоживания, что позволит получить песок с фиксированной низкой влажностью и исключить его смерзаемость.

Использование фракционированного песка для большинства конструкций позволяет применить его в качестве единственного заполнителя в тяжелом бетоне.

Поставка фракционированного песка позволяет сократить расход цемента в тяжелом бетоне не менее чем на 50 кг/м3 (для песчаных бетонов на 80-100 кг/м3) при одновременном улучшении структурных характеристик материала.

Размещено на Allbest.ru