2. Виробництво будівельних матеріалів

та виробів з природньої сировини

2.1. Виробництво заповнювачів для бетону

У загальному обсягу вартості будівельно-монтажних робіт вартість матеріалів, отриманих з природної сировини і використаних як заповнювачі для бетонів, складає 5...10 %. Заповнювачі займають до 80 % об'єму бетонів, істотно впливають на його фізико-механічні властивості та техніко-економічні показники застосування в будівництві. Заповнювачі збільшують щільність структури бетонів, їх стійкість до зовнішніх впливів, значно (8... 10 разів) зменшують деформації усадки. У зв'язку з великими обсягами використання заповнювачів місця їх видобування та виробництва повинні розміщуватись поблизу заводів залізобетонних конструкцій і будоб'єктів.

Як дрібний заповнювач у бетонах різних видів використовують річкові, морські і гірські піски. Останні мають більш шорстку поверхню зерен, що забезпечує краще зчеплення піску з цементом. В бетонах необхідно використовувати крупні (модуль крупності Мк > 2,5), середні (Мк=2...2,5), а також дрібні (Мк=1,5...2) піски. Застосування дуже дрібних пісків (Мк=1...1,5) призводить до значних перевитрат в'яжучих речовин. Кількість пилових часток глини у піску не повинна перевищувати 3 %, у тому числі вміст глини в грудках - 0,5 %. Насипна щільність важких пісків - 1200 кг/м³ і більше, а легких, відповідно, менше ніж 1200 кг/м³.

Піски, що добуваються на території більшості областей України мають вміст глинистих часток 10 % і більше. Тому важливо організувати добування і збагачення дрібних заповнювачів для підприємств виробничої бази будівництва.

Класифікація родовищ та підприємств.

Родовища нерудних будівельних матеріалів класифікуються за місцем розташування, обсягом запасів корисних копалин, характером їх залягання та потужністю, фізико – механічними та хімічними властивостями.

Запаси нерудних будівельних матеріалів поділяються на дві групи: балансові та позабалансові.

Балансові запаси повністю відповідають вимогам ДСТ та технічних умов на постачання нерудних будівельних матеріалів. Позабалансові запаси характеризуються низьким вмістом корисної породи, малою потужністю промислових шарів, тому вони розглядаються як резервні.

За ступенем вивченості родовищ корисних копалин вони поділяються на три категорії А,В,С, з поділом третьої категорії на дві підгрупи С1 і С2.

До категорії А відносяться родовища, запаси, якість та умови залягання яких повністю вивчені та відзначені буровими свердловинами. Умови проведення гірничо – експлуатаційних робіт перевірені на досвіді роботи діючих кар’єрів, а запаси сировини забезпечують експлуатацію на протязі всього нормативного періоду.

До категорії В відносяться копалини, запаси яких розвідані та вивчені з детальністю, яка забезпечує лише основні відомості про особливості умов залягання, якість та їх технологічні особливості.

До категорії С відносяться родовища, запаси яких визначені лише на основі зрідженої мережі розвідувальних свердловин.

Запаси корисних копалин, як правило, повинні забезпечувати експлуатацію кар’єрів на протязі 10 – 15 років при обсязі матеріалу, що добувається 100 – 250 тис м3 на рік, та 20 – 25 років для більш потужних кар’єрів.

До показників які характеризують фізико – механічні властивості копалини яка добувається слід віднести вагові характеристики матеріалу його щільність, зернистість ступень забруднення, тощо.

Комплексна оцінка економічної ефективності розробки даного родовища здійснюється з врахуванням мінімуму приведених витрат на одиницю продукції, ії вартості, трудомісткості видобування та переробки.

В залежності від виду робіт підприємства з переробки нерудних матеріалів поділяються на подрібнювально – сортувальні, промивально – сортувальні і комбіновані. Розрізнюють підприємства малої, середньої та великої потужності; стаціонарні, збірно – розбірні та пересувні; спеціалізовані – продукція яких чітко визначена і призначена для випуску деталей або виробів вузької номенклатури, універсальні, які випускають широкий асортимент матеріалів. Підприємства малої потужності (продуктивністю до 50 тис м3 на рік), як правило виконують тимчасові задачі, тому влаштовуються збірно – розбірними. Підприємства середньої і великої потужності (з річною продуктивністю 250 тис м3 і більше у більшості випадків є стаціонарними.

Кар’єри нерудних матеріалів

Нерудними матеріалами, що застосовуються у будівництві є камінь, гравій , пісок або пісково – гравійні суміші, глина, крейда, тощо. В залежності від виду матеріалу, що добувається, кар’єри поділяються на камінні, пісково – гравійні, пісчані та глиняні.

Кам’яні кар’єри у свою чергу поділяються на кар’єри рваного каменю, якій утворюється при підриві гірських порід (бутовий камінь), та штучного колотого каменю.

Піскові кар’єри поділяються на кар’єри гірського та річкового піску. В залежності від розташування на місцевості кар’єри поділяються на гірські, заплавні та руслові, за характером залягання корисної породи: з суцільним, пошаровим та лінзовим заляганням.

З розташуванням кар’єрів пов’язана організація робіт і способи їхньої розробки. В гірських кар’єрах – сухі розробки, у заплавних, що періодично затоплюються паводковими водами, і в руслових кар’єрах матеріали видобуваються з під води.

За призначенням розрізнюють кар’єри: промислові – постійно діючи підприємства, що обслуговують різних споживачів у районі їх розташування, сировинні, також постійно діючі, що постачають матеріали для підприємств які виготовлюють будівельні матеріали і напівфабрикати, будівельні – тимчасові, що обслуговують окремі об’єкти під час їх будівництва.

При проектуванні кар’єрного господарства, визначають: межі кар’єру, спосіб розкриття і місце розташування відвалів породи, спосіб розробки матеріалу і його транспортування, організацію розробки. Розміри кар’єру визначають на основі потрібного об’єму матеріалу з урахуванням його втрат (на недобори, при транспортуванні, на місцях складування), а також змінення фізичних властивостей.

Непридатний для використання верхній шар ґрунту, розробляють з переміщенням за межі кар’єру (при невеликій його площі), або у вироблений простір (при великих розмірах кар’єру). Корисний матеріал в сухих кар’єрах, зазвичай, розробляють екскаваторами – пряма лопата з навантаженням на транспортні засоби.

Добування піску здійснюють відкритим або підводним способом. При відкритому способі роботи у кар'єрі починають з виконання розкривних робіт, тобто видалення верхнього шару породи. Для цього використовують:

1) Бульдозери – на невеликих кар’єрах, де розкривний шар становлять м’які породи потужністю до 0,5 м при віддалі транспортування не більше 80…100 м;

2) Скрепери, якщо товщина верхнього шару не перевищує 1,5 м. Рекомендуються для розкриву на піщаних і піщано-гравійних кар’єрах, що дозволяє знизити вартість і підвищити продуктивність праці;

3) Екскаватори з місткістю ковша 0,5 м³ і більше.

4) Гідромонітори – забезпечують комплексне і неперервне виконання операцій по розробці і транспортуванні матеріалів. Застосування на піщано-гравійних кар'єрах методу гідромеханізації дозволяє одночасно з

добуванням заповнювачів виконувати гідравлічну класифікацію піску і гравію за фракціями, очищеними від шкідливих домішок. Собівартість добування піску і гравію способом гідромеханізації на 30 % нижче, ніж іншими способами. Цей метод найбільш ефективний при розробці підводних і берегових кар'єрів, тому що при цьому полегшується технологічність процесу водою, що дозволяє виконувати промивання і сортування матеріалів. (рис.2.1).

Рис. 2.1. Схема добування піщаних порід в гідромеханізованому кар’єрі: 1-земснаряд;

2-пульпопровід; 3-понтони; 4-грохот-класифікатор; 5-грохот; 6-конвеєр; 7-пісок; 8-гравій

При добуванні піску способом гідромеханізації найбільше розповсюдження отримали плавучі установки ЗГМ-2, 12Р-3, 20Р-1, а також земснаряди ЗРС-1, ЗРС-2, ЗМП потужністю від 50 до 200 м³/год. В окремих випадках застосовують землевідсмоктувачі наземного типу, а також землевідсмоктуючі крокуючі установки ЗШУВД-21 і ЗМГ-2М.

З метою класифікації піску за фракціями, безпосередньо на місці його добування доцільно використовувати землевідсмоктувачі в комплекті з гідравлічними класифікаторами. Технологічний процес добування заповнювачів методом гідромеханізації полягає в тому, що спочатку земснарядом суміш відсмоктується, потім пульпою подається на класифікатор, звідти - на сита. Велике значення при розробці піщано-гравійних кар'єрів методом гідромеханізації має раціональне вирішення будівельних конструкцій збагачувальних установок, естакад для пульпопроводів, транспортерів, які виконуються із збірних залізобетонних конструкцій. У тих випадках, коли відвантаження готової продукції здійснюється водним транспортом, доцільно використовувати плавучі збагачувальні установки.

Потужність підприємств з добування дрібних заповнювачів складає до 500 тис.м³ піску в рік і більше.

Як крупний заповнювач у важких бетонах використовують матеріали природного і штучного походження (гравій, щебінь із штучного каменю).

На будівництво щебінь постачають у вигляді таких фракцій: 3...10 мм, 5...10 мм, 3...20 мм, 5...20 мм, 20..40 мм, 40...70 мм, 70...120 мм, 120...150 мм. Вміст пилових і глинистих часток у щебені змінюється залежно від марки щебеню за міцністю і становить не більше 3 %, у тому числі, глинистих часток у грудках 0,25 %.Міцність заповнювачів повинна бути більшою за марку бетону при стиску в 1,5...2 рази. Добування крупних заповнювачів здійснюється у кам'яних і піщано-гравійних кар'єрах.

Бутовий камінь з граніту, вапняків та інших міцних порід перероблюють подрібненням і сортуванням на щебінь різних фракцій, гравійно-піщану суміш - сортуванням і промиванням. Залежно від виду і обсягів виконуваних робіт підприємства з виробництва заповнювачів поділяють на : сортувальні, подрібнювально-сортувальні, комбіновані; потужністю 90...100 тис.м³ виготовлених заповнювачів в рік, 100...500 тис.м³ і більше ніж 500 тис.м³ заповнювачів у рік.

Добування нерудних будівельних матеріалів для виготовлення заповнювачів здійснюють відкритим, підводним, підземним способами. Найбільш економічним є відкритий спосіб, так як при цьому можна застосувати ефективне обладнання. Виробництво крупних заповнювачів відкритим способом починають з виконання розкривних робіт.

Вибираючи спосіб розкриття родовищ, враховують наявність підіймально-транспортних засобів та гірничо-геологічні умови розроблю-ваних родовищ.

Найсприятливіші умови мають родовища рівнинного типу з мінімальними обсягами розкривних порід, що характерно для більшості гранітних родовищ України.

Подрібнення і сортування заповнювачів здійснюється відкритим або замкненим циклом. При відкритому циклі вихідний матеріал пропускають крізь дробарки одноразово, після чого матеріал подають на сортування, а потім на склад готової продукції. При замкненому циклі матеріал, який не пройшов крізь сито, з грохотів подається на подрібнення у ті ж самі дробарки. Перевагою схеми з замкненим циклом є те, що вихідний отвір дробарки може бути встановлений на більший розмір, що дозволяє підвищити продуктивність дробарок. Крім того, при цьому досягається більша рівномірність подрібнення і зменшуються витрати паливно-енергетичних ресурсів. Замкнений цикл використовують при дво- і багатоступеневому подрібненні.

На підприємствах з виробництва заповнювачів використовуються дробарки, що розрізняються за способом подрібнення:

- розроблювальні періодичним натисканням дробильних поверхонь (щокові і конусні);

- розроблювальні з неперервним натисканням дробильних поверхонь (валкові);

- ударної дії (молоткові).

Рис. 2.2. Схеми дробарок: а)-щокова, б)-конусна ,в)-валкова, г)-молоткова

Ефективність роботи дробильного обладнання характеризується ступенем подрібнення матеріалів, тобто відношенням діаметра найбільших кусків, що поступають на подрібнення, до діаметра найкрупніших кусків, що пройшли подрібнення. Існуючі конструкції дробарок не можуть забезпечити дуже високого ступеня подрібнювання при однократному проходженні через них, тому застосовують двоступеневі та більше схеми дробарок (Рис.2.2).

Щокові дробарки зі ступенем подрібнення 5…6 та продуктивністю від 5 до 300 м³/год використовують, переважно для первинного подрібнення кам'яних матеріалів різної міцності. Вони переробляють куски розміром 700…1200 мм, відзначаються простотою, надійністю, можливістю переробки вологих матеріалів.

Конусні дробарки зі ступенем подрібнення 5…10 та продуктивністю 20... 2000 м³/год використовують для подаль-шого подрібнення, вони більш ефективні. При крупному подрібненні, приймаючи куски розміром до 1,5 м, вони заміняють 2…3 щокові дробарки.

Валкові дробарки продуктивністю 15... 120 м³/год використовують для подрібнення каменю малої і середньої твердості.

Молоткові дробарки ударної дії продуктивністю 6...100 м³/год використо-вують як для крупного, так і для середнього і дрібного подрібнення порід середньої і малої твердості. Вони знайшли переважне застосування на другій і третій стадії подрібнення. Відзначаються високим ступенем подрібнення (до 20), невеликою масою і габаритами, простотою конструкції і обслуговування. Їх недолік – швидке зношу- вання робочих поверхонь при подрібненні міцних абразивних порід (граніт, базальт).

Сортування подрібненого матеріалу за фракціями виконують декількома способами; механічним, гідравлічним, повітряним і магнітним.

Механічний спосіб сортування за допомогою грохотів є найбільш розповсюдженим при виробництві заповнювачів.

Використовувані грохоти поділяються:

- за принципом дії - на рухомі і нерухомі;

- за видом і формою поверхні просіювання - на колосникові, роликові, плоскі чи барабанні.

Найбільш ефективні рухомі грохоти - плоскі і барабанні, обладнані рухомими ситами для сортування матеріалів (Рис. 2.4). На піщано-гравійних кар'єрах добре себе зарекомендували конічні грохоти, які дозволяють виконувати утилізацію відходів шляхом отримання піску з відходів подрібнення кам'яних порід. Рухомі плоскі грохоти можуть мати два види поверхні просіювання: колосникову, яка складається з окремих листів з штампованими або просвердленими отворами та сітчасту.

Рис. 2.4. Робота грохота в кар’єрі

Для отримання продукту вищої підвищеної чистоти бажано кінцеве грохочення суміщати із промиванням, проводячи його у барабанних грохотах. Вони дозволяють отримувати одночасно 2..5 фракцій. Промивання заповнювачів бетону - одна із найважливіших умов для забезпечення якості продукції. Ефективність промивання залежить від фізичних властивостей глини, величини грудок, витрати і температури води, часу промивання і вмісту у вихідному продукті пилюки та глинистих часток. При підвищенні температури з 7 до 20°С ефективність розмивання грудок зростає майже в 2 рази.

Широко використовується також метод гідравлічної класифікації. Розподіл піщано-гравійної породи при цьому здійснюється за рахунок різних швидкостей осідання у водяному потоці піщаних частинок, в яких більш крупні і важкі осідають швидше за дрібні і легкі.

За принципом дії розрізняють: гравітаційні та відцентрові гідро- класифікатори.

З гравітаційних найдосконалішими є вертикальні класифікатори із висхідним струменем (Рис. 2.3). процес проходить у дві стадії. Спочатку пульпа розділяється у збагачувальній камері 7 і основна частина дрібних часток виноситься на злив 8. Великі зерна осідають і поступають у класифікаційну камеру 4, де проходить кінцеве розділення суміші. Недоліком є обмежена кількість фракцій та необхідність подальшого збагачення дрібної фракції, оскільки в ній залишаються глинисті та інші домішки.

Рис. 2.3. Гідравлічний класифікатор

з висхідним струменем води:

1-живильний патрубок;

2-розвантажувальний патрубок;

3-збірник крупної фракції;

4-класифікаційна камера;

5-водний колектор;

6- дифузор;

7-збагачувальна камера;

8-зливна труба

Прикладом відцентрового класифікатора є гідроциклон. Гідроциклон (рис. 2.4) складається із крупного живильного короба з патрубком для подачі шламу, встановленим тангентно до поверхні короба. Під коробом розміщений конус, а зверху - переливний круглий короб з патрубком, також тангентним до поверхні короба, через який видаляється готовий шлам.

Завдяки тангентному входу шламу утворюється вихоровий потік, з якого під дією відцентрової сили відкидаються частинки, які по внутрішній поверхні скочуються вниз у кожух. Дрібні частинки залишаються в центрі обертового потоку, піднімаються вгору і виносяться у зливний патрубок.

Рис. 2.4. Схема руху гідросуміші у гідро циклоні:

1-зовнішній потік великих частинок,

що рухаються вниз;

2-вхідний патрубок;

3-внутрішній потік з дрібних частинок,

що рухаються вгору

Зневоднення є необхідним після мокрої переробки нерудних матеріалів. Особливо важливим воно є для матеріалів, що добуваються гідромеханічними способами.

Найчастіше використовують дренування - стікання води з крупно- та середньозернистих матеріалів. Дренування гравію, щебеню і рідше піску проводять на складах, зневоднювальних бункерах та елеваторах, часом на віброгрохотах. Літом на дренувальних складських площадках за 2...3 доби можна знизити вологість щебеню і гравію до 5.7%, а піску - до 7... 10%. Витримка у зневоднювальних бункерах, виконаних із перфорованими стінками і дренажними трубами знижує до 10 % вологість крупних фракцій щебеню за 6...8 год., а дрібних фракцій - за 16...24 год. Вібрація на грохотах дозволяє інтенсифікувати зневоднення і отримати матеріал з вологістю 3... 8 %.

Широко застосовують для зневоднення нерудних матеріалів також сушіння:

- природне - в штабелях;

- штучне - в сушильних барабанах.