Комплексное и рациональное использование каменных материалов в том числе и отсевов предусматривает организацию безотходного производства, решающего задачу охраны окружающей среды.
В строительстве комплексное использование подобного карбонатного сырья предполагает:
- производство естественных строительных материалов (стеновой камень, облицовочная плитка, щебень для бетонов)
- утилизацию отсевов дробления при изготовлении гиперпрессованного кирпича, декоративного искусственного стенового камня и искусственной облицовочной плитки
- применение известнякового микронаполнителя в составе цемента(в соответствии с появлением гармонизированного с Европейским нормативом на цемент EN 197-1 отечественного стандарта ГОСТ 31108-2003), бетона и сухих строительных смесей.
Плотные карбонатные породы, такие как известняки, мраморы, доломиты, давно и в больших объемах применяются при производстве щебня, используемого в технологии бетонов в качестве крупного заполнителя. Фактически, решение задачи эффективного использования ресурсов (как энергетических, так и сырьевых) при промышленном изготовлении бетона и железобетона, (сборного и монолитного) возможно реализовать при использовании химических модификаторов. Использование химических модификаторов (добавок) открывает возможность получения конечного материала с высокими качественными показателями, но при этом – с меньшей себестоимостью, ввиду использования в производстве отходов различных отраслей промышленности. В полной мере данный подход сохраняется при изготовлении строительных материалов по технологии полусухого гиперпрессования и вибропрессования.
Горные предприятия, накопили в отвалах примерно 5 млрд. м3 пород, из которых, по разным оценкам, осваивается не более 9-12%. Из размещенных в отвалах скальных пород около 1 млрд. м3 пригодно для выпуска щебня, остальное присутствует в виде отсевов. Увеличения номенклатуры нерудных строительных материалов (НСМ) можно добиться проведением перевооружения производства.
Практика использования отсевов в строительстве
В отсевах камнедробления сосредоточены самые высокопрочные фракции щебня (3-10 и 5-10 мм), так как при дроблении происходит обогащение материала по прочности, материал разрушается по наиболее слабым зонам. Зарубежная практика изготовления высокопрочных и особо высокопрочных бетонов М1400-М1500 свидетельствует о том, что наиболее эффективно в таких бетонах использовать щебень с крупностью зерен не более 12-16 мм. Для самоуплотняющихся и саморастекающихся бетонных смесей с суперпластификаторами (технология вибролитья в формы) предпочтительнее использование каменных отсевов фракции 3-10 мм. При использовании мелких щебеночных зерен заполнителя с более низким гравитационным фактором, вызываемым силой тяжести (F=mg), повышенная взвешивающая способность цементного теста при одинаковой прослойке реологической цементно-водно-песчаной матрицы снижает силы трения между частицами мелкого щебня в большей степени, чем крупного. Это значительно улучшает растекаемость смесей. В связи с этим карьеры, производящие отсевы камнедробления фракции 0-10 мм, должны извлекать из них щебень 2,5-3-10 мм, отделяя его от тонкой фракции. Затраты на эту операцию будут минимальны, так как грохочение является малоэнергоемкой операцией технологического процесса.
Фракционированные отсевы камнедробления размеронстью 2-5 мм идеально подходят для производства гиперпрессованного кирпича, используя станки для кирпича двухстороннего прессования, так и станки для кирпича нижнего прессования. Фракция 3-10 мм является наиболее экономичным решением для вибропрессованных мелкоштучных изделий широкой номенклатуры, выпускаемых зарубежными автоматизированными линиями с прессами Besser, Hess и т. п. Таким образом, проблема реализации карьерами отсевов камнедробления для заводов железобетонных изделий и бетоносмесительных узлов монолитного бетона связана в первую очередь с необходимой их подготовкой, то есть с отсевом тонких фракций 0-3 мм. Этот побочный продукт в виде базальтовой, карбонатной муки за рубежом уже востребован. Он станет наиболее востребованным сырьём для получения каменной муки для производства супербетонов, геошлаковых и геосинтетических вяжущих. Современные высокопрочные бетоны марок 1000-2000, выпускаемые за рубежом, изготавливаются в последние годы с добавками микрокремнезема и каменной муки. Каменная известняковая, кварцевая, базальтовая, андезитовая каменная мука в современных бетонах становятся неотъемлемыми и почти равнообъемными компонентами в смешанных вяжущих для бетонов общего назначения, не заменяя части цемента, как рекомендовалось ранее, а дополняя его. Она, увеличивая объем реологической матрицы, улучшает растекаемость смесей, если используются суперпластификаторы. Это позволяет существенно снизить расход воды, повысить плотность, прочность бетона и другие физико-технические его свойства.
Перспективы использования каменных материалов и отсевов
Более масштабное потребление отсевов в виде каменной муки ожидается в высокопрочных реакционно-порошковых бесщебеночных тонкозернистых бетонах нового поколения и в щебеночных бетонах общего назначения марок 200-500 МПа. Реалии современного строительного материаловедения, проявляющиеся как в теории, так и на практике, наглядно демонстрируют тенденцию постепенного перехода цементных растворов и бетонов из разряда систем, содержащих в своем составе 4 – 5 компонентов в разряд систем с 7 и более компонентами, наполненных минеральными и органическими модификаторами, выполняющими различные функции. Преимущество структуры цементной матрицы с дополнительным минеральным компонентом – наполнителем состоит в локализации внутренних дефектов, снижении их размеров и количества. При рассмотрении механизмов повышения прочности наполненных цементных систем, особенно при использовании тонкодисперсных химически активных наполнителей, стоит задача изучения процессов гидратации, структурообразования и кристаллизации, обеспечивающих, повышение адгезии на границах раздела фаз, и в конечном итоге, способствующих повышению прочности и долговечности материалов. В связи с этим целесообразно рассмотрение эффективности применения отсевов каменных материалов карбонатных пород в качестве микронаполнителя в бетоне.
Порошковые бетоны не содержат естественного природного песка в обычном его понимании и состоят из цемента, каменной муки, тонких от 0,1 до 0,5 (0,7 мм) фракций песка (возможно горного из отсевов), микрокремнезема, суперпластификатора и тонких волокон стальной фибры или объемных тканых каркасов из стальных нитей диаметром 10-40 мкм. В щебеночные бетоны общего назначения можно вводить муку в соотношении к цементу 1:0,5-1:1. Это означает, что каменные карьеры в перспективе будут иметь мощности по выпуску каменной муки, не уступающие мощностям по производству портландцемента.
Естественно, на карьерах должна быть создана соответствующая инфраструктура с технологическими операциями грохочения отсевов на мелкозернистый щебень, выделения из отсева тонких фракций песка размером 0,1-0,5 (0,7 мм), помола с одновременной сушкой каменной муки до удельной поверхности Sуд= 300-350 м2 /кг (остаток на сите 0,08 не более 10%), хранения и отгрузки ее потребителю в цементовозах. Горы отсевов камнедробления, с одной стороны, – дешевая сырьевая база, с другой - качественный продукт для бетонов общего назначения настоящего и высокопрочных бетонов будущего.
Производство мелкозернистого щебня фракции 3-5 мм и каменной муки может быть организовано в любом регионе, не имеющем месторождений прочных каменных пород, на основе привозных отсевов камнедробления.
