О.Е. ХАРО, Н.С. ЛЕВКОВА, Г.Р. БУТКЕВИЧ, кандидаты технических наук, ФГУП «ВНИПИИстромсырье» (Москва)
Объем производства нерудных строительных материалов (НСМ) в нашей стране, как и во всем мире, возрастает. В 2004 г. в России произведено 214 млн м3 нерудных строительных материалов. Происходит изменение соотношения между различными видами НСМ: доля щебня в общем объеме достигла 60%, сократились доли песка и гравия. Возросла потребность в щебне из прочных изверженных пород. Это перераспределяет нагрузку на минеральную базу.
Изменения структуры и требований к строительству, внедрение на отечественных предприятиях зарубежных технологий и оборудования потребовали от промышленности строительных материалов и стройиндустрии повышения технического уровня, расширения ассортимента и улучшения качества продукции. Строительные комплексы Москвы и Московской области, Северо-Западного региона и ряда других регионов развиваются быстрыми темпами в связи с поставленными задачами по формированию рынка доступного жилья. К 2007 г. предполагается увеличить объем жилищного строительства не менее чем на 1/3 по отношению к уровню 2004 г. Происходят изменения в структуре жилищного строительства: сборно-монолитные и монолитные высотные дома вытесняют сборные крупнопанельные. Одним из основных строительных материалов в этих технологиях строительства является бетон и железобетон, 2/3 объема которых составляют НСМ.
Износ активной части основных фондов подотрасли НСМ достиг 80%. Применяемые технологии производства морально устарели. В то же время требования современного строительства к качеству НСМ постоянно растут. Если ранее заводы ЖБИ использовали в качестве крупных заполнителей в основном щебень из гравия и карбонатных пород, то для монолитного высотного строительства требуются бетоны марок от В45 до В80, для которых нужен высокопрочный щебень из изверженных горных пород. Меняются требования к ассортименту продукции.
Опрос потребителей строительного комплекса Москвы показал, что основные претензии к щебню сводятся к нарушению требований ГОСТов по зерновому составу. В наиболее востребованной смеси щебня фракции 5—20 мм преобладает фракция св. 10 до 20 мм (80% и более), хотя для бетона ее оптимальное содержание составляет 60—70 мас. %. Производители, выполняющие заказы железнодорожников, столкнулись с требованиями нового ГОСТ 7392—2002 «Щебень из плотных горных пород для балластного слоя железнодорожного пути. Технические условия», который узаконил только фракцию 25—60 мм, исключив смесь фракций 5—25 мм, которая ранее использовалась для балластировки станционных и подъездных путей. Эта нестандартная со значительным закрупнением смесь фракций поступает к бетонщикам. Только некоторые нерудные предприятия, стремящиеся не допустить закрупнения заполнителей, отсеивают фракцию 20—25 мм, предлагая ее как товарную, или передрабливают, что приводит к удорожанию продукции и потерям минерального сырья.
Появление на строительном рынке компаний, использующих зарубежные технологии, и необходимость повышения марки бетона определяют спрос на фракционированные материалы, в том числе на поставки узких фракций щебня. Наибольшую заинтересованность в получении узких фракций проявляют дорожники. Принято Изменение № 3 к ГОСТ 8267—93 на щебень и гравий из плотных горных пород, которым предусмотрено введение в число основных фракций св. 10 до 15 мм и св. 15 до 20 мм, а также исключение фракции св. 5 до 15 мм.
Бетонщики заказывают фракции св. 5 до 10 мм и св. 10 до 20 мм. Типовые заводы ЖБИ из-за недостатка площадей не могут раздельно складировать несколько фракций крупного и мелкого заполнителя, хотя новое высотное строительство будет ориентировано на потребление НСМ именно в виде отдельных фракций или специально приготовленных смесей фракций.
На зарубежных предприятиях производится значительное количество узких фракций НСМ (см. таблицу). Новый европейский стандарт EN 12620 «Заполнители для обычного и мелкозернистого бетона» согласован 20 странами — членами CEN (Европейский комитет по стандартизации). Этому стандарту должен быть придан статус национального стандарта во всех странах — членах ЕС.
Номенклатура НСМ, выпускаемых в развитых странах
|
Карьер, страна |
Полезное ископаемое |
Фракции продукции, мм |
| Хадерах Грейвл-Вокс, Германия | ПГС | Песок 0-1,0-2, гравий 2-6,2-8, 6-16, 16-32, немытый 32-63 |
| Хелксенкс, Германия | ПГС | Песок 0-2, гравий 2-4, 4-8, 8-16, 16-32, щебень 0-2, 2-5, 5-8, 8-11, 11-16, 16-32, смеси 0-8, 8-16, 0-32 |
| Кильверк-Верст, Германия | ПГС | Песок 0-1,0-2, гравий 2-4, 4-8, 8-16, 16-32 |
| Гран-Паруа, Франция | ПГС | Песок 0-2, 0-4, гравий 5-20, 10-20, 4-10, 4-14, 20-40, щебень 4-8, 8-12, 4-12, 5-12, 10-20, 5-20, 0-30 |
| Карьер в районе Будапешта, Венгрия | Скальная порода | 0-2, 0-5, 2-5, 5-8, 5-12, 8-12, 12-16, 12-20, 16-20 |
| Карьер Гордон, Франция | Скальная порода | 0-3, 2-4, 4-6, 6-20, 0-14, др. группа 0-6, 0-3, 0-4, 2-4, 4-6, 6-14, 10-20, 20-40 |
| Манматик, Франция | Изверженная порода | 25-50, 20-32, 14-20, 10-14, 7-10, 4-7, 2-4, 2-7, 0-2, 0-4 и смеси |
| Милью, Франция | Изверженная порода | 40-56, 32-40, 20-40, 20-32, 14-20, 10-14, 7-10, 4-7, 2-4, 0-2 |
| Юниес, Франция | Порфир прочностью до 400 МПа | 0-2, 2-4, 4-7, 6-10, 7-10, 7-14, 7-20, 10-14, 14-20, 20-32, 32-40, 40-56, более 56 |
Размер заполнителей, как и в отечественных ГОСТах, обозначается диаметром ячейки нижнего (d) и верхнего (D) сит. Согласно стандарту к крупным заполнителям относятся зерна с размерами D больше или равными 4 мм и d больше или равными 2 мм, а к мелкому заполнителю — зерна с размерами D меньше или равными 4 мм. Следовательно, щебень (гравий) может иметь нижний размер от 2 или 4 мм, а песок — верхний предел 4 мм. Кроме того, вводится понятие естественного заполнителя от 0 до 8 мм. Фактически это песчано-гравийная или песчано-щебеночная смесь.
В EN 12620 даны три набора размеров сит: основной, первый и второй. При этом основной набор может сочетаться с первым или вторым набором сит по отдельности. Комбинация сит первого и второго наборов не разрешается. При выборе двух сит следует учитывать, что размеры заполнителей должны иметь D/d не менее 1,4.
В основной набор входит пять узких фракций: 2—4; 4—8; 8—16; 16—31,5(32); 31,5(32)—63 мм. Первый набор, включающий дополнительно сита с размерами 5,6; 11,2; 22,4(22) и 45 мм, дополняет основной набор пятью фракциями. Второй набор, включающий сита с размерами отверстий 6,3(6); 10; 12,5(12); 14; 20; 40 мм, дополняет основной набор еще четырнадцатью фракциями.
В отечественном ГОСТе пока даны шесть основных фракций. По согласованию с потребителем изготовитель может выпустить еще две фракции.
Зарубежные производители, эксплуатирующие месторождения песчано-гравийных и скальных пород, предлагают набор узких фракций крупных и мелких заполнителей, в том числе из отсевов дробления, а также готовые смеси. Некоторые примеры приведены в таблице. Фракции НСМ, выпускаемые зарубежными производителями, могут иметь иные размеры, чем в стандарте EN 12620, так как производители ориентированы также на национальные стандарты.
Передовые предприятия России, выпускающие щебень из изверженных пород, производят пять-шесть узких фракций: св. 3 до 10; св. 5 до 10; св. 10 до 20; св. 20 до 40; св. 40 до 70; св. 25 до 60 мм и обязательно смесь фракций св. 5 до 20 мм; из отсевов дробления выделяются фракции 2—5 и 0,63—2 мм (ОАО «Гранит — Кузнечное», ЗАО «Ленстройкомплектация», ОАО «Орское карьероуправление» и др.). По количеству выпускаемых фракций Россия значительно отстает от европейских стран. Поэтому в связи с увеличением объемов высотного и уникального домостроения ассортимент этой продукции должен расшириться.
Одним из важных показателей качества щебня является форма зерен, которая регламентируется во всех стандартах на заполнители. В стандарте EN 12620 показатель содержания зерен пластинчатой и игловатой форм характеризуется шестью категориями (FL).
Потребитель может выбрать любой заполнитель из шести категорий в зависимости от области применения. Фактически это те же группы, которые даны в отечественном стандарте. В отличие от европейцев по просьбе дорожников в ГОСТ 8267—93 введена новая 1-я группа щебня с допустимым содержанием зерен пластинчатой и игловатой форм до 10% включительно и нет группы с любым содержанием таких зерен.
Многочисленные испытания, проведенные институтом ВНИПИИстромсырье, доказали, что для бетонов невысоких марок, широко используемых в жилищном строительстве, допускается содержание пластинчатых и игловатых зерен до 35%. Следует иметь в виду, что при производстве так называемого кубовидного щебня его стоимость возрастает на 10—20%, а объем отсевов дробления — в 1,5—2 раза. Однако для высокопрочного бетона требуется щебень 2-й и 3-й групп, что связано с уменьшением удельной поверхности щебня и, следовательно, со снижением расхода цемента на обволакивание таких зерен.
В настоящее время стремительно растет спрос на узкофракционированные пески в связи с повышением требований к качеству продукции при производстве ряда строительных материалов и некоторых видов строительных работ. Предприятия Европы выпускают различные фракции песка: 0,063—0,25; 0,25—0,5; 0,5—2; 0,2-2; 0-1; 0-2; 0-4; 2-4; 0-3 мм. В ГОСТ 8736-93 сохранилось только определение фракционированного песка как песка, разделенного на две или более фракции с использованием специального оборудования, хотя до 1985 г. требования к таким пескам присутствовали в ГОСТах, но тогда на них отсутствовал спрос.
Маркетинговые исследования ВНИПИИстром-сырье показали, что в наибольшей степени фракционированные пески будут востребованы при производстве сухих строительных смесей (ССС), бетонов и растворов, кровельных материалов, цементно-песчаной черепицы, фильтрующих материалов, при реставрационных работах, в дорожном строительстве. При этом устойчивый спрос найдут узкофракционированные пески или их смеси в заданном соотношении, сухие и упакованные. Цена таких песков возрастает в несколько раз, однако они обеспечивают высокое и стабильное качество продукции. Наибольший интерес к фракционированным пескам проявляют производители ССС, которые вынуждены зачастую самостоятельно производить рассев и сушку поставляемых песков, приобретая крупные и мелкие пески. Несмотря на очевидную целесообразность применения в бетонах и растворах фракционированных песков, обеспечивающих большую плотность, прочность и водонепроницаемость бетонов, а также экономию цемента, такие материалы могут быть применены только в высокопрочном бетоне высотного монолитного строительства. Особенно это актуально для мелкозернистых (песчаных) бетонов, которые могут быть столь же долговечны, как и бетоны с крупным заполнителем. Песчаные бетоны более экономичны, особенно в районах, где отсутствуют месторождения прочных пород. Фракционированные пески обеспечивают постоянство зернового состава и соблюдение рецептуры, чем определяется надежность конструкций и изделий. Следует учитывать, что освоение новых технологий, часто закупаемых за рубежом, приводит к повышению спроса на фракционированные пески.
Сегодня производители песков, а также предприятия, выпускающие щебень (гравий) и соответственно имеющие большие объемы отсевов дробления, могут значительно расширить ассортимент выпускаемой продукции за счет поставок фракционированных песков. Такие предприятия, как ЗАО «Мансуровское карьероуправление», уже выпускают более шести фракций и могут выполнить любой заказ потребителей. Для верхнего слоя асфальтобетонных покрытий требуется фракция 2,5-5 мм, которую производят из отсевов дробления изверженных пород многие предприятия. Для производства посыпок для рулонных кровельных материалов уже выпускается фракция 0,63-1,25 мм из отсевов дробления. Эти примеры свидетельствуют о возможностях предприятий эффективно и комплексно использовать минеральное сырье. Расширение выпуска фракционированных песков тормозит отсутствие нормативной документации, необходимой для реализации продукции и поиска потребителей.
Отсутствие единого нормативного документа на фракционированные пески объясняется многообразием требований различных потребителей к их минералого-петрографическому, химическому, гранулометрическому составам и физико-механическим свойствам. ВНИПИИстромсырье разработал общие технические условия на пески фракционированные из отсевов дробления изверженных и карбонатных пород, в которых приводятся стандартные размеры отдельных фракций (2,5-5; 1,25-2,5; 0,63-1,25; 0,315-0,63; 0,16-0,315 мм) и требования к зерновому составу различных производств, а также перечень потенциальных потребителей. В ТУ выделена пылевидная составляющая 0-0,16 мм, которая может быть использована в качестве крупного наполнителя. В зависимости от указанных свойств природных песков или песков из отсевов дробления конкретные предприятия-производители могут позиционировать свою продукцию на рынке.
Расширение номенклатуры НСМ на отечественных предприятиях, построенных десятки лет назад, а это большинство действующих предприятий страны, ориентированных на выпуск одной-двух фракций щебня, гравия или песка, требует серьезных изменений, реконструкции всего перерабатывающего комплекса. Наиболее перспективными следует признать так называемые гибкие схемы, которые позволяют при возникновении потребности в новых фракциях НСМ быстро, с небольшими затратами времени и труда организовать выпуск новой продукции. Основные решения в этом случае могут свестись к установке на грохотах сит с иным размером отверстий или установке дополнительного сита на многоярусном грохоте. Использование подобных схем позволяет производителю заявлять о выпуске в 2-3 раза большего количества видов продукции. Количество выпускаемых фракций щебня, гравия и песка на многих предприятиях в развитых странах превышает 8-10 наименований, а нередко вместе со смесями достигает десятков.
В результате расширения ассортимента продукции на действующем предприятии возникает новая проблема — необходимость складирования большего числа произведенных видов продукции. Получили распространение схемы, в которых продукция укладывается в бункеры сравнительно небольшой емкости или реже в силосы. Имеются решения, предусматривающие размещение какой-то части продукции или полуфабриката в штабелях или конусах. Производство смесей фракций щебня или песка, состав которых строго ограничивает соотношение между его составляющими, потребовало создания точных дозирующих устройств с программным обеспечением. Чтобы расширить номенклатуру выпускаемой продукции в условиях действующих карьеров, приходится расширять промплощадку, что оказывается возможным далеко не на всех предприятиях.
Технологические линии перерабатывающего комплекса предусматривают возможность возврата определенных видов продукции из бункеров для повторной переработки с целью получения из них других фракций, которые в данный момент востребованы.
В настоящее время в отечественной промышленности НСМ сформировалась тенденция создания предприятий средней производительности на основе разборных типовых элементов дробильных и сортировочных агрегатов. Такие технологические линии рассчитаны на выпуск трех и более фракций продукции и могут легко переоборудоваться, чтобы удовлетворить спрос на НСМ различных фракций.
Статья взята из журнала «Строительные материалы»
