Утилизация отходов переработки горных пород для производства цементобетонных покрытий

Решение проблемы ресурсосбережения в строительстве - это широкое использование вторичных материальных ресурсов, которыми являются отходы производства и потребления. Только на удаление их и складирование расходуется в среднем 8-10% стоимости основной производимой продукции. Использование промьппленных отходов обеспечивает производство богатым источником дешевого и часто уже подготовленного сырья; приводит к экономии капитальных вложений, предназначенных для строительства предприятий, добывающих и перерабатытающих сырье, и повышению уровня их рентабельности; высвобождению значительных площадей земельных угодий и снижению степени загрязнения окружающей среды [1].

Одно из наиболее перспективных направлений утилизации промышленных отходов - их использование в производстве строительных материалов, что позволяет до 40% удовлетворить потребности в сырье, этой важнейшей отрасли гфомышленности. Применение отходов гфомышленности позволяет на 10-30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья, экономия капитальных вложений при этом составляет 35-50%.

При производстве цементобетонных изделий используются в основном импортные технологии и оборудование, что ведет к увеличению себестоимости конечного продукта. Кроме того, для производства цементобетонных покрытий необходимы качественные пески определенного гранулометрического состава.

Анализ сырьевой базы Чеченской Республики показал, что в целом ощущается дефицит средне- и крупнозернистых кварцевых песков, но наблюдается широкое распространение флювиогляциальных валунно-песчано-гравийных (ВПГ) осадочных пород, которые в настоящее время используются в качестве сырья для получения щебня. В то же время при производстве щебня на дробильно-сортировочных заводах образуется значительное количество отсевов дробления. Таким образом, представляется целесообразным использовать отсевы дробления карьеров в качестве заполнителя при производстве цементобетонных покрытий для дорожного мощения.

Отсевы дробления Аргунского месторождения относятся к крупнозернистым по-лимиктовым техногенным пескам и существенно отличаются по составу и свойствам от природного кварцевого песка. В гравийно-песчаной смеси содержание гравийной фракции в среднем по месторождению составляет 56,4%, песка - 4З,6%.

Гравийно-песчаная смесь имеет следующий минералогический и петрографический состав: содержание кварца от 15 до 20%, полевого шпата от 5 до 10%, кремниевых галек от З0 до 40%, карбонатных зерен до З0%, мусковита не более 2%, опал и рудные материалы в смеси почти отсутствуют. Главной составной частью гравийно-песчаной смеси являются известняковые и кремниевые галечники, их суммарное содержание более 50%. Насыпная плотность гравийно-песчаной смеси колеблется от 1670 до 1880 кг/м³, коэффициент разрыхления 1,12. Средний гранулометрический состав гравийно-песчаной смеси приведен в таблице 1.

Песок из гравийно-песчаной фракции характеризуется как среднезернистый, модуль крупности - 2,4. Содержание глинистых, илистых и пылевидных частиц составляет в среднем 5,2%, показатель набухания - 14,7%. Средняя плотность 2600 кг/м³, насыпная плотность - 1464 кг/м³, пористость - 44,12%.

Промывка - один из технологических приемов, повышающих качество заполнителей. В результате проведенных исследований было установлено влияние промывки отсевов дробления на прочность мелкозернистого бетона. Использовался местный Чи-ри-Юртовский цемент, а в качестве заполнителя - мытый и рядовой отсев дробления (ОД) Аргунского карьера. Формовались образіщ-ішлиндрьі, которые уплотнялись прессованием под динамической нагрузкой 30 МПа. Результаты исггытаний представлены в таблице 2.

Применение мытого отсева дробления вместо рядового практически не сказалось на жесткости и степени уплотнения цементно-песчаной смеси и прочности прессованного бетона. По-видимому, пылевидные частицы, содержащиеся в рядовых отсевах дробления, выполняют роль микронаполнителя. Следовательно, промывка заполнителя приводит к повышению межзерновой пустотности и незначительному снижению прочности бетона.

Для получения прессованных бетонов класса В50 и выше была рассмотрена возможность применения смешанного заполнителя, состоящего из природного Червленско-го песка и мытого отсева дробления горных пород. Применение укрупняющей добавки приводит к снижению пустотности и водопотребности заполнителей, что может привести к повышению прочности и морозостойкости бетона.

Испытания смешанных заполнителей, в частности определение их средней плотности и пустотности, в уплотненном состоянии показали, что при снижении доли песка в смешанном заполнителе с 1,0 до 0,5 пустотность в уплотненном состоянии снижается с 29,4 до 24,2%. Однако дальнейшее сокращение доли песка до 0 приводит к повышению пустотности до 38,8 % (табл. 3).

Наибольшая средняя плотность смешанного заполнителя в уплотненном состоянии и их наименьшая пустотность достигаются при соотношениях песка к отсеву дробления 2:1 - 1:1. Для исследования влияния соотношения заполнителей на свойства прессованных бетонных смесей и бетонов были проведены эксперименты. Расход цемента в них составлял 580 кг/м³.

Для обеспечения постоянной жесткости смеси начальное водо-содержание изменялось от 155 до 165 л/м³. Перемешивание осуществлялось вручную. Изготавливались образ1щ-цилиндры размером а=1т=7 см, которые уплотнялись под динамической нагрузкой З0 МПа. Результаты испытаний на сжатие образцов естественного твердения в возрасте 7 и 28 суток представлены в таблице 4. Как видно, замена даже 17% песка щебнем приводит к увеличению прочности бетона на З-7 МПа. Наибольший прирост прочности бетона имеет место П : ОД = 1 : 1, так как прочность увеличилась на 12-1З МПа.

Таким образом, регионы Чеченской Республики ощущают дефицит в высококачественном песке, а применение в качестве заполнителей техногенных отходов позволит снизить себестоимость строительства цементобетонных покрытий за счет замены дорогостоящих привозных каменных материалов дешевыми местными, повысить качество и долговечность, утилизировать техногенные отходы горнорудного производства и улучшить экологическую обстановку.