CC BY
46
УДК 622: 691.322
ИССЛЕДОВАНИЕ ЩЕБНЯ МЕСТОРОЖДЕНИИ РЕСПУБЛИКИ СЕВЕРНАЯ ОСЕТИЯ - АЛАНИЯ НА ПРЕДМЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КАЧЕСТВЕ КРУПНОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ БЕТОНОВ
© 2012 г. А.В. Козлов, В.Н. Строцкий, Е.В. Гордеева, В.М. Васькин, В.П. Иванов, Н.В. Швецов
Научно-исследовательский центр «Строительные материалы и изделия»
Открытое акционерное общество «Научно -исследовательский институт транспортного строительства», г. Москва
Research Center «Building Materials and Products», Open Joint-Stock Company «Research Institute of Transport Construction», Moscow
Освещены результаты исследований товарного щебня фракций 5 - 20 мм из Северной Осетии, рассматриваемого в качестве крупного заполнителя для бетонов. Затронуты проблемы дефицита в товарном щебне фракции 5 - 10 мм и повышенного содержания недроблёных частиц. Предложены мероприятия для улучшения качества продукции.
Ключевые слова: горные породы; гравий; гранулометрический состав; заполнители для бетонов; зерновой состав; разработка месторождений; нерудные строительные материалы; щебень.
The article presents the results of studies of commodity crushed stone fractions of 5 - 20 mm from North Os-setia, considered as coarse aggregate for concrete. Affected by the shortage of the commodity crushed stone 5 - 10 mm fraction and increased content of uncrushedparticles. There are proposed measures to improve product quality.
Keywords: solid rocks; gravel; grain-size distribution; aggregates for concrete; grading; working out of deposits; rock products used in construction; crushed stones.
Введение
При реконструкции учебного центра морской авиации в г. Ейске Краснодарского края встал вопрос о выборе качественного заполнителя для бетона аэродромного покрытия.
В качестве крупного заполнителя проектом определен гранитный щебень фракций 5 - 20 мм. Ввиду отсутствия подобного щебня в регионе строительства предложено было рассмотреть вариант поставки щебня из месторождений Республики Северная Осетия -Алания. Специалистами ОАО ЦНИИС были выполнены исследования образцов щебня фракций 5 - 20 мм из горных пород Садонского месторождения, разрабатываемых взрывным способом, щебня из гравийно-валунного материала Алагирского месторождения.
Сведения о месторождениях
Садонское месторождение гранитных пород приурочено к Садонскому рудному району, расположенному в Алагирском районе Северной Осетии. Основная структура Садонского месторождения - разлом северо-восточного простирания, который прослеживается на несколько километров между Садоно-Унальским и Северным сбросами. Разлом состоит из двух разрывов - Западного и Восточного, между которыми находится раздробленная пластина, мощностью до нескольких десятков метров, сложенная палеозойскими гранитами [1].
На добывающем карьере организована переработка взорванных гранитных пород с отбором глыб и предварительным их дроблением до фракции 100 мм. Далее гранитный щебень поступает на производственную площадку ООО «ХАД-Строй», где производится вторичное дробление и сортировка щебня.
Алагирское месторождение песчано-валунно-гравийных смесей расположено в Алагирском и Ар-донском районах Северной Осетии. Месторождение детально разведано в 1976 - 1978 гг. до глубины 20 м. Запасы сырья оцениваются в количестве 49,5 млн м3 по категориям А+В+С1 и 326 млн м3 по категории С2. Разработку Алагирского месторождения и производство щебня из гравия ведут ООО «Прогресс», ООО «ХАД-Строй», ООО «АСТ», ООО «Стройсер-вис».
Толща полезного ископаемого генетически представляет собой залежь пойменно-русловых, типично аллювиальных отложений мощностью свыше 20 м, с субгоризонтальным залеганием. В петрографическом отношении в составе материала преобладают изверженные породы (52 %), затем следуют метаморфические (31 %) и осадочные породы (17 %). С уменьшением размера частиц соотношение изверженных и осадочных пород меняется в сторону увеличения содержания последних. Это связано с тем, что в процессе переноса водными потоками осадочные породы наиболее подвержены разрушению в силу их сравнительно низких прочностных свойств.
Изверженные породы представлены диабазами, гранитами, диоритами, андезитами, альбитофирами, туфобрекчиями. Из метаморфических пород наиболее часто встречаются кристаллические сланцы, кварциты, гнейсы; из осадочных - известняки, доломиты, песчаники, алевролиты [2].
Валуны, галька, гравий имеют хорошую степень окатанности, форма частиц круглая или удлиненная. Процентное содержание фракций природной песча-но-валунно-гравийной смеси [2] представлено в табл. 1.
Исследования щебня и анализ их результатов
Щебень месторождений Северной Осетии исследовался на месте его производства (ООО «ХАД-Строй», ООО «Прогресс»), на объекте строительства
Зерновой состав природной и
(г. Ейск) совместно с представителями подрядной организации - ООО «Аэродром Трансстрой» и в лабораториях ОАО ЦНИИС. Сравнительные результаты исследований представлены в табл. 2.
Таблица 1
и (Алагирское месторождение)
Содержание фракций материала размерами (мм), % (по массе)
Свыше 150 100 - 150 70 - 100 40 - 70 20 - 40 10 - 20 5 - 10 менее 5
11,5 15,5 14,5 14,5 12,7 9,6 4,2 17,5
Таблица 2
Сравнительные данные по результатам испытаний щебня
Наименование контролируемых параметров
Номер и наиме- Соответствие заявленной фракции Содержание зёрен Марка по прочности Содержание зёрен слабых пород Содержание пылевидных и глинистых частиц Содержание глины в комках Содержание дроблёных зёрен
нование пробы 5 - 20 мм требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 26633-91 пластинчатой и игловатой форм Заявленная Фактическая Требования ГОСТ 8267-93, % Факт, % Требования ГОСТ 8267-93, % Факт, % Требования ГОСТ 8267-93, % Факт, % Требования ГОСТ 8267-93, % Факт, %
Щебень из взрывной породы Садонского месторождения
№ 1, карьер, 11.08.2011 Недостаток фр. 5 - 10 мм: 7,4 % 1 группа 1400 0,0 0,2 0,0 100
№ 2, объект строительства, 29.09.2011 Недостаток фр. 5 - 10 мм: 4,7 %; избыток фр. >25 мм: 1,1 % 1 группа 1200 1200 до 5 - не более 1,0 - не более 0,25 0,0 не менее 80 98
№ 3, карьер, 02.10.2011 Недостаток фр. 5 - 10 мм: 22,5 % 1 группа 1200 0,0 0,2 0,0 100
Щебень из гравия и валунов Алагирского месторождения производства ООО «ХАД-Строй»
№ 4, промышленная площадка, 12.08.2011 Фр. 5 - 10 мм едва выражена: 1,7 %; избыток фр. > >20 мм: 18,5 % 2 группа 1400 0,0 0,5 0,0 81,8
№ 5, объект строительства, 10.08.2011 Недостаток фр. 5 - 10 мм: 11,05 %; избыток фр. > >20 мм: 17,8 % 1 группа 1200 1400 до 5 0,0 не более 1,0 1,0 - на границе допускаемого ГОСТ не более 0,25 0,0 не менее 80 78,3, не соот-ветст-вует
№ 6, объект строительства, 29.09.2011 Недостаток фр. 5 - 10 мм: 16,9 %; избыток фр. > >25 мм: 0,9 % 1 группа 1400 - - 0,0 64,0, не соот-ветст-вует
Щебень из гравия и валунов Алагирского месторождения производства ООО «Прогресс»
№ 7, промышленная площадка, 12.08.2011 Недостаток фр. 5 - 10 мм: 11,0 %; избыток фр. > >20 мм: 16,9 % 1 группа 1200 1400 до 5 0,0 не более 1,28 -превышает требования ГОСТ не более 0,0 не менее 97
№ 8, объект строительства, 10.08.2011 Недостаток фр. 5 - 10 мм: 11,0 %; избыток фр. > >20 мм: 16,2 % 1 группа 1400 0,4 1,0 0,9 0,25 0,0 80 94,6
По содержанию зёрен пластинчатой и игловатой форм щебень Садонского и Алагирского месторождений в соответствии с ГОСТ 8267-93 относится к
I группе, кроме пробы № 4, которая соответствует
II группе (доля пластинчатых и игловатых зёрен составляет 15,7 %). Содержание зёрен слабых пород во всех пробах не превышает требований ГОСТ 8267-93.
По содержанию пылевидных и глинистых частиц только одна проба (№ 7) - щебень производства ООО «Прогресс» (Алагирское месторождение) превышает требования ГОСТ 8267-93: 1,28 % против нормативного - не более 1 %. Проба № 5 (Алагирское месторождение, ООО «ХАД-Строй») находится на границе допускаемых ГОСТ 8267-93 значений по содержанию пыли и глины. Глина в комках ни в одной пробе щебня не выявлена.
Щебень Садонского и Алагирского месторождений имеет высокие прочностные показатели (марка щебня по дробимости на сжатие 1200 - 1400), однако наблюдается дефицит фракции 5 - 10 мм во всех пробах щебня. Требованиям ГОСТ 8267-93 и ГОСТ 26633-91 по зерновому составу (фр. 5 - 20 мм) не соответствует ни одна проба. Фактический зерновой состав проб щебня в сравнении с допустимой областью представлен на рисунке.
необходимо должное участие со стороны производителя щебня для организации надлежащего лабораторного контроля продукции.
Аналогичная картина с дефицитом фракции 5-10 мм наблюдалась при изучении продукции и других потенциальных поставщиков нерудных материалов на объект строительства в г. Ейске: гранитный щебень «Альфа-Строй» (Украина), марка по прочности 1400, содержание фракции 5 - 10 мм - 9,1 %; базальтовый щебень «ВЕМЖТЕМ¡№ЛАТ ТиШШАХ» (Турция), марка по прочности 1400, содержание фракции 5 - 10 мм - 19,5 %.
Избыточное содержание частиц крупнее 25 мм наблюдается в пробах № 2 - 1,1 % (Садонское месторождение) и № 6 - 0,9 % (Алагирское месторождение) при допускаемом ГОСТ 8267-93 - 0,5 %. Во всех пробах щебня из гравия Алагирского месторождения (№ 4 - 8) превышено содержание фракции крупнее 20 мм: фактически 16,2 - 18,5 % при ограничении в 10 % (ГОСТ 8267-93). Надо сказать, что подобные эпизоды с отклонениями от требований стандартов не редкость, например, при проверке предприятий нерудной промышленности выявлялось закрупнение фракций в 34 % случаев [4].
Фактический зерновой состав щебня, заявленного как смесь фракций 5 - 20 мм
Известно [3], что увеличение прочности дробимого материала приводит к уменьшению выхода мелких фракций щебня. Следовательно, при изготовлении щебня из плотных горных пород, отвечающих высоким маркам по прочности, особого внимания заслуживает его фракционный состав на выходе. Здесь
Всё это свидетельствует о несовершенстве процессов дробления, сортировки горной массы и об отсутствии должного производственного контроля качества зернового состава продукции.
Повышенное содержание недроблёных зёрен (окатышей) в щебне из валунно-гравийного материа-
ла Алагирского месторождения (18,2 - 36,0 %) и в ряде случаев превышение допустимого содержания фракции крупнее 20 мм также говорит о несовершенстве процесса дробления исходного сырья. Необходимо подчеркнуть, что при увеличении содержания недроблёных зёрен в щебне с 20 до 40 % показатели деформационных свойств бетона снижаются на 10 % [5].
Следует отметить негативный опыт применения щебня с повышенным содержанием окатанных зёрен (20 % и более) и при устройстве аэродромного покрытия на объекте «Реконструкция учебного центра морской авиации (г. Ейск)». При нарезке деформационных швов в бетоне аэродромного покрытия, изготовленного с применением подобного щебня, образовывались сколы, выщерблины, что отрицательно сказывалось на ровности деформационного шва. Это связано с незначительной адгезией окатанных частиц крупного заполнителя с цементным камнем в бетоне.
Выезд специалистов на Садонское месторождение показал, что на промышленной площадке ОАО «ХАД-Строй», куда доставляется предварительно дроблёный гранитный щебень, установлены три технологические линии, производительностью до 500 м3/смену для вторичного дробления и сортировки щебня. После наладки дробилки и установки новых сит произведено пробное дробление и отбор проб готового щебня. Предварительный рассев пробы показал улучшение фракционного состава при наличии фракции 5 - 10 мм в количестве 22,5 % (в пробах № 1 и 2 - 7,4 и 4,7 % соответственно). Щебень отвечает требованиям ГОСТ 8267-93 по фракционному составу (п. 4.2.2) и не достаточен по требованиям ГОСТ 26633-91 (п. 1.6.5) - 25 %. Тем не менее значительное увеличение выхода фракции 5 - 10 мм в пробе № 3 по сравнению с пробами № 1 и 2 подтверждает, что производственные мощности предприятия позволяют выпускать щебень требуемых характеристик при налаженном операционном контроле по фракционному составу.
Как следует из сказанного выше, нерудные материалы рассмотренных месторождений характеризуются высокими прочностными характеристиками. Несмотря на то что исследованные образцы щебня показали несоответствие требованиям нормативных документов к зерновому составу, они могут быть применены в качестве заполнителей обычных бетонов и асфальтобетонов, а также для строительства оснований и нижних слоёв покрытия автомобильных дорог и аэродромов.
В настоящем виде щебень Садонского месторождения требует обогащения фракцией 5 - 10 мм, а щебень Алагирского месторождения не применим в бетонах классом выше В25 ввиду закрупнённого зернового состава и значительного содержания недроблёных зёрен.
Применение рассмотренного щебня месторождений Республики Северная Осетия - Алания в качестве крупного заполнителя в бетоны высокого класса, для ответственных конструкций возможно только после оптимизации технологии производства и организации постоянного лабораторного контроля продукции.
Выводы и рекомендации
1. Товарная смесь фракций щебня 5 - 20 мм высоких марок по прочности нередко оказывается с дефицитом фракции 5 - 10 мм, что может негативно отразиться на качественных характеристиках бетонов при использовании такого крупного заполнителя.
2. Повышение качества смеси фракций щебня 5 - 20 мм может быть достигнуто только при постоянном лабораторном контроле нормируемых показателей щебня в процессе его производства. Особое внимание при изготовлении щебня следует обращать на качество дробления аллювиального сырья.
3. Щебень, полученный дроблением валунов, гальки и гравия Алагирского месторождения, может быть использован для производства бетонных смесей при устройстве нижних слоев покрытия и других конструкций классом не выше В25, поскольку содержит значительное количество недроблёных зёрен и имеет закрупнение товарной фракции.
4. Ввиду того что смесь фракций щебня 5 - 20 мм зачастую имеет недостаток мелкой фракции, повысить качество бетонной смеси можно за счёт раздельной поставки фракций крупного заполнителя 5 - 10 мм и 10 - 20 мм с их дозированием на бетонном заводе.
5. Предприятия-изготовители щебня из пород Алагирского и Садонского месторождений Северной Осетии при налаженном выпуске продукции и организованном лабораторном контроле способны поставлять щебень для бетонов высоких марок по прочности в регионы, где имеет место дефицит строительных каменных материалов.
Литература
1. Константинов М.М., Орлов Б.Ю. Рудно-геохимическая зональность свинцово-цинковых месторождений Садон-ского рудного района (Северная Осетия) // Изв. вузов. Геология и разведка. 2007. № 4. С. 47-57.
2. Приложение 3 к приказу Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РСО-Алания № 33 от 29 марта 2010.
3. Субботин М.А., Сохин В.Г., Воскресенский В.Е. Автоматическое управление режимом работы конусной дробил-
ки // ВНИИНеруд: сб. тр. Вып. 22: Нерудные строительные материалы. Тольятти, 1967. С. 89-97.
4. Богословский В.А. О соблюдении предприятиями нерудных строительных материалов требований государственных стандартов к качеству продукции // Тез. докл. Все-союз. совещания «Повышение эффективности производства и управление качеством продукции в промышленно-
Поступила в редакцию
сти нерудных строительных материалов», Запорожье, октябрь, 1977 г. М., 1977. С. 5-9.
5. Нисневич М.Л., Заржицкий Г.С., Торлопова Г.Б. Исследование влияния содержания недробленых зерен гравия в щебне из гравия и зерен лещадной (пластинчатой) и иг-ловой формы на деформационные свойства бетона // Тр. ин-та ВНИИЖелезобетон. Вып. 22. М., 1978. С. 14-17.
6 декабря 2011 г.
Козлов Андрей Владимирович - канд. техн. наук, руководитель Научно-исследовательского центра «Строительные материалы и изделия», Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт транспортного строительства» (ОАО ЦНИИС). Тел. +7 (499) 189-87-61. E-mail: KozlovAV@tsniis.com
Строцкий Валерий Николаевич - канд. техн. наук, заведующий лабораторией прочности бетона и железобетона ОАО ЦНИИС. Тел.+7 (499) 180-20-75. E-mail: StrotskyVN@tsniis.com
Гордеева Елена Викторовна - зам. заведующего лабораторией прочности бетона и железобетона ОАО ЦНИИС. Тел. +7 (499) 180-42-92. E-mail: GordeevaEV@tsniis.com
Васькин Виктор Михайлович - инженер лаборатории прочности бетона и железобетона ОАО ЦНИИС. Тел. +7 (499) 180-42-93.
Иванов Владимир Павлович - зам. заведующего лабораторией технического перевооружения ОАО ЦНИИС. Тел. +7 (499) 180-40-53.
Швецов Николай Викторович - аспирант, младший научный сотрудник лаборатории технического перевооружения ОАО ЦНИИС. Тел. +7 (499) 180-40-53.
Kozlov Andrei Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, Head of the Research Center «Building Materials and Products», Open Joint-Stock Company «Research Institute of Transport Construction». (TSNIIS), OJSC. Ph. +7 (499) 189-87-61. E-mail: KozlovAV@tsniis.com
Strotsky Valery Nikolaevich - Candidate of Technical Sciences, Head of the Laboratory strength of concrete and reinforced concrete, (TSNIIS), OJSC. Ph. Тел.+7 (499) 180-20-75. E-mail: StrotskyVN@tsniis.com
Gordeeva Elena Victorovna - Deputy Head of the Laboratory, (TSNIIS), OJSC. Ph. +7 (499) 180-42-92. E-mail: GordeevaEV@tsniis.com
Vasjkin Viktor Mikhailovich - engineer, (TSNIIS), OJSC. Ph. +7 (499) 180-42-93.
Ivanov Vladimir Pavlovich - Deputy Head of the Laboratory, (TSNIIS), OJSC. Ph. +7 (499) 180-40-53.
Shvetsov Nikolay Victorovich - post-graduate student, junior researcher, (TSNIIS), OJSC, Moscow. Ph. +7 (499) 18040-53.
