УДК 691.322
Якубов В.И., Оглоблина Е.А., Павлов А.П.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Родин А.С., Кушка В.Н.
ЗАО «Урал-Омега»
Переработка скальных горных пород на щебень сопряжена с выходом мелкой фракции класса 0 – 5 мм, которая практически полностью идет в отвал. 
Так, только в 2004 году отвалы различных предприятий России пополнились на 20 млн. т. На вывоз отсевов дробления и содержание отвалов, на оплату налогов за использование земель ежегодно тратятся большие средства. Кроме того, ухудшается экологическое состояние районов.
Отсевы дробления, получающиеся с использованием конусно-инерционных дробилок (КИД), характеризуются повышенным содержанием фракции 0 – 0,16 мм (20-25%), а форма их зерен более пластинчатая и игловатая. Применение для дробления горных пород центробежно-ударных дробилок (ЦД) позволяет получить форму зерен отсева близкую к изометрической. Кроме того зерна имеют рваную и шероховатую поверхность. Это является существенным преимуществом, поскольку такие зерна лучше сцепляются с цементным камнем [1]. Применение же классификаторов для обеспыливания отсевов позволяет снизить содержание пылевидных фракций до 1-2%, что способствует снижению водопотребности бетонной смеси, а значит и снижению расхода цемента. Следует отметить, что водоудерживающая способность бетонных смесей на основе обеспыленных отсевов значительно ниже, чем на природных песках. Поэтому получение нерасслаювающихся бетонных смесей повышенной подвижности (с осадкой конуса более 6 см) без добавок – разжижителей весьма проблематично.
Ниже приводятся результаты исследований обеспыленных дробленых песков Орского карьероуправления в бетонах класса В15 – В25 с маркой по удобоукладываемости П1, твердевших в нормальных условиях и при пропаривании.
В работе использовали портландцемент М400 Магнитогорского цементно-огнеупорного завода с водопотребностью 26%, сроками схватывания 3,5-4,5 ч и стандартной активностью 39,4 МПа. В качестве крупного заполнителя применяли кубовидный щебень ГОП ОАО ММК фракции 10 – 20 мм, полученный на центробежно-ударной дробилке, характеризующийся маркой по прочности М1200, средней плотностью 2910 кг/м3, насыпной плотностью 1440 кг/м3, пустотностью 50,5% и содержанием лещадных зерен до 3%. В качестве мелкого заполнителя использовали пески обеспыленные из отвалов дробления габбродиабаза Орского карьероуправления, полученные на центробежно-ударной дробилке, со средней плотностью 2860 кг/м3, насыпной плотностью 1570 кг/м3, пустотностью 45% и на конусно-инерционной дробилке со средней плотностью 2860 кг/м3, насыпной плотностью 1440 кг/м3 и пустотностью 51%. В качестве зталонного песка применяли песок с реки Орь со средней плотностью 2630 кг/м3, насыпной плотностью 1535 кг/м3 и пустотностью 41,7%. Технологическая характеристика песков, определенная по способу Б.Г. Скрамтаева и Ю.М. Баженова [2], приведена в табл. 1.
Приведенные данные свидетельствуют, что пески из отсевов дробления габбродиабаза относятся к очень крупным пескам (Мк > 3,5) I класса (проходит через сито 0,16 мм менее 3%) и имеют пустотность, соизмеримую с пустотностью кварцевого песка. Коэффициенты прочности песков из отсевов колеблется в пределах 14,2 – 15,5, что на 6 – 15 % выше коэффициента прочности речного песка. Это объясняется, по-видимому, лучшим сцеплением зерен отсевов с цементным камнем.
Составы бетонов подбирали расчетно-экспериментальным методом. В основе подбора использовали линейную зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения (Ц/В). Для этого приготавливали бетонные смеси с Ц/В равным 1,43; 2,00 и 2,40. Бетонную смесь готовили вручную. Продолжительность смешивания составляла не менее пяти минут. Удобоукладываемость и плотность бетонной смеси определяли по ГОСТ 10181-2000.
Из бетонной смеси каждого состава формовали по 9 образцов-кубов с ребром 10 см. Уплотнение производили на лабораторной виброплощадке по стандартному режиму в течение 5-60 с в зависимости от удобоукладываемости смеси. Три сформованных образца помещали в камеру с нормальными условиями твердения для определения прочности в возрасте 28 суток (R28). Шесть образцов пропаривали в камере при температуре 85º С по режиму 3 + 8 + ост для определения прочности после пропаривания (Rпр) и в проектном возрасте (Rпр+27).
На рис. 1 представлены пределы прочности при сжатии бетонов на различных песках в зависимости от цементно-водного отношения. Из приведенных на рис. 1 данных видно, что прочностные показатели бетонов на основе отсевов дробления близки и немного выше аналогичных (при равных Ц/В) показателей бетонов на речном песке. Это также связано с меньшей их водопотребностью и лучшим сцеплением зерен с цементным камнем.
Используя данные рис. 1, а также экспериментальные по определению водопотребностей бетонных смесей с осадкой конуса 2–4 см и их средних плотностей были определены расчетные составы (классов В15 и В25) бетонов, твердеющих в нормальных условиях и при пропаривании.
Расчетные составы бетонов подвергались экспериментальной проверке на обеспечение требуемой прочности и уточнению составов с учетом выхода бетонной смеси (табл. 2) и были приняты к определению прочностных и деформативных свойств.
Полученные в результате экспериментальной проверки данные (табл. 2) показывают, что расходы цемента на обеспыленных песках меньше, чем на речном на 24-64 кг/м3 в бетонах, твердевших в нормальных условиях, и на 45-74 кг/м3 – в пропаренных бетонах. Это объясняется меньшей водопотребностью обеспыленных дробленых песков по сравнению с речным песком.
В табл. 3 приводятся прочностные и деформативные свойства исследуемых бетонов, твердевших в нормальных условиях и при пропаривании. Результаты испытания образцов свидетельствуют, что бетоны на обеспыленных отсевах дробления габбродиабаза по средней и призменной прочности на сжатие, а также начальному модулю упругости имеют показатели не ниже показателей бетона на речном песке и удовлетворяют стандартным показателям, устанавливаемым СП 52-01-03 [3] для классов бетона на сжатие В15-В25. Принимая во внимание, что прочность бетонов на местных материалах на раскалывание превышает прочность его на растяжение примерно в 1,7 раза, можно утверждать, что прочность бетона на отсевах дробления и на осевое растяжение также удовлетворяет требованиям СП 52-01-03 для заданных классов бетона на сжатие (В15-В25) и соответствует классам Bt 0,8 и Bt 1,6.
В табл. 4 приводятся материальные затраты для бетонных смесей с подвижностью П1 классов по прочности на сжатие В15…В25 на основе отсевов дробления габбродиабаза Орского карьероуправления, твердевших в нормальных условиях и при пропаривании. На момент калькуляции стоимости на бетонные смеси цена портландцемента М400 МЦОЗ составляла 3000 руб./т, кубовидного щебня – 300 руб./т, обеспыленных отсевов дробления 200 руб./т и речного песка 150 руб./т.
Расчеты показали, что малоподвижные бетонные смеси на основе отсевов дробления габбродиабаза более экономичны по сравнению с бетонными смесями на речном песке. Снижение себестоимости малоподвижных смесей на отсевах ДЦ для бетонов классов В15…В25 составляет 121…162 руб./м3, а на отсевах КИД – 49…128 руб./м3. более эффективны отсевы в пропаренных бетонах и в бетонах более высоких классов по прочности.
Таким образом установлено:
— малоподвижные бетонные смеси на обеспыленных дробленых песках вследствие меньшей их водопотребности и большего коэффициента прочности отличаются меньшим расходом цемента (на 32…74 кг/м3) в равноподвижных (П1) и равнопрочных бетонах (В15…В25) по сравнению с аналогичными смесями на основе речного песка. Причем большее снижение расхода цемента наблюдается в пропаренных бетонах класса В25 на основе отсевов ДЦ;
— по физико-механическим и деформативным свойствам бетоны на обеспыленных дробленых песках не уступают аналогичным бетонам на речном песке и удовлетворяют требованиям СП 52-01-03 для заданных классов бетона на сжатие;
-бетоны из малоподвижных смесей на основе отсевов дробления габбродиабаза более экономичны по сравнению с бетонами на речном песке. Снижение себестоимости смесей для бетонов класса В15…В25 достигает 49…162 руб./м3.
Библиографический список
1. Буткевич Г.Р. Переработка отсевов дробления и перспективы области применения материалов из отсевов//Строительные материалы. – 2004. — № 1. – С. 50-51
2. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобе-тонных изделий: — М.: Стройиздат, 1984. – 632 с.
3. СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного натяжения арматуры. – М., 2004.
