Как сделать кубовидный щебень
Добавил пользователь Alex Обновлено: 05.10.2024
Для получения кубовидного щебня применяются либо конусные дробилки, либо роторные, с различными вариантами расположения вала. Оба способа существенно различаются по сложности организации работы и качеству получаемой продукции.
Измельчение щебня ударным способом в роторных дробилках
Наиболее удобны для этой цели роторные дробилки вертикального типа, так как устройства с горизонтальным валом слишком быстро изнашиваются и требуют частой замены ударных узлов. Впрочем, качество получаемого щебня по мере износа деталей не меняется, а стоимость сменных частей относительно невелика и на их установку требуется минимальное время. На практике солидные компании предпочитают вкладывать средства в долговечные вертикальные дробилки, а начинающие предприниматели – в дешевые горизонтальные, но конечный результат у всех примерно одинаков.
Дробление щебня ударным методом позволяет гарантировано получить материал с лещадностью не только 15%, но и до 10%. При этом образуется значительное число отсева – слишком мелких фракций камня, не попадающих под маркировку щебня. Но, используя грохоты с мелкоячеистыми ситами, можно легко отделить отсев. Он также подлежит реализации, но как щебень другой категории либо вовсе в качестве заменителя крупного строительного песка, что весьма актуально для многих мест на планете. Поэтому на практике повышены затраты на организацию работы роторной дробилки и ее обслуживание компенсируются высоким качеством и количеством готовой продукции.
Использование для получения щебня конусных дробилок
В современных конусных дробилках щебень накапливается в бункере и попадает в измельчающий механизм в уплотненном состоянии, что обеспечивает дробление до нужного уровня без особых затрат энергии. Узлы устройства изнашиваются медленно, однако качество продукции падает пропорционально этому процессу. Приходиться выдерживать точный график работы, чтобы соблюсти баланс между затратами на обслуживание и лещадностью получаемого щебня.
При дроблении образуется достаточно незначительное количество отсева, однако он крайне низкого качества. В этом кроется недостаток конусных дробилок – приходиться использовать грохоты для того, чтобы удалить все мелкие фракции ввиду их полной бесполезности. Уровень лещадности получаемого щебня ограничен 15%, но это соответствует практически всем современным нормам.
Кубовидный щебень – это самая востребованная форма щебня в любой отрасли строительства. Кубовидным называется щебень с низкими показателями лещадности и формой зерен близкой к кубической или сферической. В составе любой строительной смеси (асфальтобетонная, бетонная) такой щебень лучше утрамбовывается или укатывается при укладке. Зерна каменного наполнителя плотно прилегают друг к другу за счет отсутствия в составе зерен пластинчатой или игольчатой формы. Смесь имеющая в своем составе щебень кубовидной формы в дальнейшем при застывании будет иметь повышенную прочность и износостойкость. Пластинчатые и игольчатые зерна в составе конструкции, в свою очередь, могут быстро сломаться и искрошиться под интенсивными нагрузками.
На сегодняшний день ГОСТ по показателям лещадности выделяет пять групп щебенки:
- Первая группа — кубовидная форма щебеня. Содержание зерен пластинчатой и игольчатой формы не более 10 %.
- Вторая группа — улучшенный форма щебня. Содержание зерен пластинчатой и игольчатой формы в пределах 15 %..
- Третья группа — обычный щебень, не более 25 % зерен пластинчатой и игольчатой формы в составе.
- Четвертая группа —лещадность 25-35 %.
- Пятая группа — щебень низкого качества с лещадностью до 50 %.
Приготовление высокоплотных и плотных асфальтобетонных смесей марки I, возможно только из кубовидного щебня первой группы. Кроме того, для производства строительных железобетонных изделий и конструкций, используется преимущественно именно кубовидный щебень первой группы.
Лещадность щебня, получаемого в процессе производства, зависит от двух основных факторов:
- Качество исходного сырья, используемого для получения щебня;
- Используемая технология дробления горной породы.
Кубовидный щебень получают из магматический или изверженных пород: гранит, диабаз, базальт, габбро.
В технологии дробления горной породы для получения щебня, используются дробилки различных конструкций. Очень часто высокая лещадность щебня, полученная на том или ином заводе можно объяснить отсутствием нового современного оборудования для дробления. Использование дробилок, работающих по принципу сжатия (щековые дробилки) или по принципу сдавливания между конусами (конусные дробилки) ведет к образованию большого количества зерен игольчатой и пластинчатой форм.
Степень дробления роторной центробежной дробилки регулируется скоростью вращения ротора. Конструкция дробилки позволяет работ в режиме кубозатора. В таком режиме не увеличивается мелкость помола, а соударение позволяет избавляться от частиц плоской и игольчатой формы. К сожалению у этой технологии есть свои минусы. Более половины материала дробления уходит в отсев.
Очевидно, что качественный кубовидный щебень это продукт не дешевый. Использовать этот строительный материал целесообразно в сооружения, при эксплуатации которых требуется повышенная прочность и износостойкость.
Благодаря высоким потребительским свойствам щебня, полученного на центробежно-ударных дробилках, его кубовидной форме и повышенной поверхностной активности частиц, применение его в производстве бетонов, при строительстве дорог и строительных конструкций позволяет значительно снизить потребление материальных и технических ресурсов, повысить качество изготавливаемых изделий.
В строительстве дорожных покрытий особенно большое значение имеет форма мелкого щебня размером 2-5, 5-10, 10-15 мм, применяемого для верхнего упрочняющего слоя дорожного покрытия, определяющего долговечность и качество дорог.
-снизить расход щебня;
-снизить расход битума и эмульсий до 30%;
-снизить время и трудозатраты при укладке асфальтобетонного покрытия до 50%;
-снизить расход цемента;
-в несколько раз увеличить срок службы дорожного покрытия;
-увеличить коэффициент сцепления до 0,65-0,71.
Для обеспечения высокого качества бетона важное значение имеет форма частиц крупного заполнителя (щебня). В нем должно быть не более 15% (по массе) зерен, имеющих пластинчатую и игловатую форму.
Проведенные испытания показали, что использование в качестве заполнителя щебня, полученного центробежно-ударным дроблением, позволяет:
Объемы производства щебня в мире превышают 3 млрд. м 3 в год. Интересной особенностью щебня как продукта, производимого из природного минерального сырья, является то, что цены на него во всем мире за последние 50 лет выросли в 2,5–3 раза. В то же время цены на большинство продуктов, производимых на базе минерального сырья (например, черные и цветные металлы), за это же время упали в 3–5 раз.
Кажущаяся простота производства щебня – дробление горных пород – обманчива, так как современные технологии производства строительных материалов и изделий на их основе предъявляют все более высокие требования к качеству щебня, используемого, в основном, как заполнитель при производстве бетонов, асфальтобетонов и дорожных покрытий.
Щебень для дорожного строительства
Щебень является одним из основных материалов, применяющихся для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. От его качества в значительной мере зависят их потребительские свойства (ровность, коэффициент сцепления и т.д.) и долговечность. Особенно это относится к щебню, применяемому для устройства верхних слоев дорожной одежды, непосредственно воспринимающих высокие механические нагрузки от движущегося транспорта, находящихся под воздействием природных факторов и антигололедных химических средств.
Щебень , применяемый в дорожном хозяйстве, условно можно разделить на три группы:
Общий объем производства каменных материалов (щебень, гравий, песок) в России в настоящее время составляет примерно 140 млн м 3 в год, причем примерно половина этого количества используется в дорожном строительстве.
За последние годы сформировался устойчивый спрос на щебень кубовидной формы со стороны дорожно-строительных организаций, но эта потребность в РФ сейчас удовлетворяется только на 30–40%.
Таблица 1
Потребность в щебне узких фракций кубовидной формы (млн м 3 ) для развития сети автомобильных дорог по регионам России (2001 – 2020 гг.)
В настоящее время протяженность сети дорог общего пользования с твердым покрытием в России составляет около 600 тыс. км, и основная часть щебня кубовидной формы будет использована на их ремонт и содержание. Наибольшее количество всех видов щебня будет потребляться в Центральном регионе, где дорожное строительство ведется наиболее интенсивно.
Современная практика показывает, что щебень из магматических горных пород для дорожного строительства в нашей стране производится в основном на стационарных дробильно-сортировочных заводах, расположенных вблизи месторождений, главным образом на северо-западе России и на Урале.
Анализ продукции, выпускаемой предприятиями нерудной промышленности, разрабатывающими месторождения магматических горных пород, показывает, что они в основном производят щебень в виде фракций 5–20 мм и 20–40 мм, в отдельных случаях – фракций 5–10, 10–20 и 5–15 мм. К щебню фракции 5–20 мм, используемой для приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий, имеются серьезные претензии со стороны дорожно-строительных организаций.
Производимый щебень фракции 5–20 мм обычно сильно закрупнен. Это не позволяет подобрать оптимальный зерновой состав минеральной части асфальтобетонных смесей, что существенно ухудшает физико-механические характеристики асфальтобетона. Исследования СоюздорНИИ, а также отечественный и зарубежный опыт строительства и эксплуатации автомобильных дорог позволили установить, что щебень для приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий должен выпускаться в виде узких фракций (5–10, 10–15, 15–20 мм). Из узких фракций сравнительно просто подобрать требуемые смеси оптимального зернового состава.
Поставляемый щебень фракции 5–20 мм в большинстве случаев содержит чрезмерное количество зерен лещадной формы – 25–40% и более. Повышенное их содержание отрицательно влияет на удобоукладываемость и плотность асфальтобетонных смесей. Они обладают меньшей механической прочностью по сравнению с кубовидными и поэтому в процессе строительства и при эксплуатации дорог разрушаются, что может приводить к образованию поверхностей, не покрытых битумом. Эти места являются первичными очагами разрушения асфальтобетона при проникновении воды и действии затем попеременного замораживания-оттаивания.
Асфальтобетонные смеси на кубовидном щебне (группа I) обладают лучшей уплотняемостью по сравнению с щебнем групп II и V за счет взаимного перемещения и взаимозаклинивания зерен.
В связи с этим действующая нормативно-техническая документация ограничивает содержание в смесях зерен лещадной формы: 15% — для смесей типа А, 25% – типа Б, 35% — для смесей типа В.
Особенно отрицательно действие зерен лещадной формы проявляется при поверхностной обработке асфальтобетонных покрытий с использованием фракционированного щебня, когда при укладке материала разрушается большая часть таких зерен. В этом случае их содержание в щебне не должно превышать 10%.
Отрицательное воздействие на свойства асфальтобетона оказывает и повышенное количество пылевато-глинистых примесей, которые препятствуют контакту битума с поверхностью щебня. Поэтому их содержание не должно превышать: 1% – для приготовления асфальтобетонной смеси; 0,5% – для поверхностной обработки.
Дробильно-сортировочная установка с дробилкой КИД-900 на Абзаковском карьере
При формировании структуры асфальтобетона щебень является главным компонентом, определяющим устойчивость минерального остова. Лабораторными исследованиями установлено, что коэффициент внутреннего трения tg ц зависит от зернового состава асфальтобетона. На него практически не влияет вязкость применяемого битума и асфальтового вяжущего вещества. В асфальтобетонах с остаточной пористостью 3,0–3,5% коэффициент внутреннего трения возрастает при увеличении содержания кубовидных зерен щебня.
Высокие показатели внутреннего трения обеспечивают плотные асфальтобетоны типа А на основе дробленых каменных материалов и специальные многощебенистые составы, например щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) по ТУ 5718.030.01393697-99.
В щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесях высоко содержание прочного фракционированного щебня (70–80%) с улучшенной (кубовидной) формой зерен, что создает устойчивый каркас. Повышенное содержание минерального активированного порошка (8–15%) и битумного вяжущего (не менее 5,5%) значительно уменьшает количество пустот в уплотненном слое покрытия. Для структурирования и стабилизации битумного вяжущего рекомендуется вводить специальные стабилизирующие добавки, например волокна.
Структура ЩМА оптимально сочетает максимальную жесткость минерального остова и высокую пластичность асфальтового вяжущего. Повышенное содержание прочного кубовидного щебня призвано обеспечивать высокое сцепление с колесом автомобиля, шероховатость, сдвигоустойчивость и износостойкость покрытия, а увеличенное количество асфальтового вяжущего вещества (мастики) – повышать водо- и морозостойкость, водонепроницаемость, устойчивость к деформациям и усталостную стойкость защитного слоя. При устройстве шероховатых покрытий важно обеспечить повышенные требования к свойствам каменных материалов. Щебень должен быть изготовлен из горных пород, обладающих высокой износостойкостью, иметь кубовидную форму, быть однородным по прочности, трудношлифуемым и не иметь загрязняющих примесей. Содержание зерен лещадной формы в нем должно быть ограничено. Щебень должен обладать хорошо выраженной шероховатостью естественного скола, поэтому предпочтение отдается горным породам зернистой кристаллической структуры, а также породам, способным оставаться шероховатыми за счет компонентов разной твердости согласно ВСН 73-67.
Асфальтобетонное покрытие стало более сдвигоустойчивым, хотя максимальная крупность применяемого в смеси щебня была снижена с 20 до 15 мм. Среднее значение угла внутреннего трения повысилось примерно на 1,5°, а разброс этого показателя снизился почти в 2 раза. Среднее сопротивление сдвигу при расчетных условиях для МКАД возросло с 0,789 до 0,840 МПа. При этом стандартный показатель прочности при сжатии при 50°С повысился в среднем на 0,3 МПа, а его вариация не превысила 12%.
Применение более качественного щебня в асфальтобетоне позволило снизить вероятность образования колеи в верхнем слое покрытия даже в форс-мажорных случаях колонного движения и заторов автомобилей.
Щебень для производства бетонов
Щебень как крупный заполнитель бетонов, образуя жесткий скелет, увеличивает его прочность и модуль деформации, уменьшает ползучесть, усадку, повышает его долговечность, сокращает расход цемента.
Мелкий заполнитель – песок – оказывает влияние на реологические свойства бетонной смеси – вязкость, предельное напряжение сдвига бетона, а также на его плотность.
Форма зерен крупного заполнителя непосредственно влияет на удобоукладываемость бетонной смеси. Кроме этого, щебень с зернами плоской (лещадной) или игловатой формы имеет значительно большую пустотность, чем щебень с зернами кубовидной формы. По данным ВНИИЖелезобетона, объемный насыпной вес щебня с содержанием зерен плоской и игловатой формы до 15% ниже, чем щебня с зернами кубовидной формы.
Объемный насыпной вес щебня, состоящего полностью из зерен плоской или игловатой формы, на 9–10% ниже, чем щебня с зернами кубовидной формы. Указанные факторы вызывают увеличение расхода цемента. Поэтому, хотя форма зерен крупного заполнителя, по данным ряда исследований, не оказывает значительного влияния на прочность бетона, ей должно быть уделено серьезное внимание.
В щебне для дорожного бетона содержание зерен плоской и игловатой формы допустимо до 25%, для асфальтобетона — до 15%, для оснований дорог (необработанных) – до 25%.
По бельгийскому стандарту NB № 329, 1962 щебень подразделяется на три категории: обычный, недодробленный и передробленный кубической формы (табл. 2).
Как видно из данных таблицы, к обычному щебню практически не предъявляются требования к форме зерен (он может быть отнесен к щебню плоской и игловатой формы по нашим стандартам), но к щебню более высоких категорий требования к форме зерен довольно жесткие.
В ряде работ отмечается отрицательная роль плоских и удлиненных заполнителей, применение которых снижает прочность и повышает расход цемента, а также ухудшает морозостойкость бетона. С учетом этого при строительстве бетонного полотна автомобильных дорог должно быть обеспечено отсутствие в щебне кусков лещадной и игловатой формы, исходя из того, что бетонная смесь с такими заполнителями становится неудобоукладываемой, плохо уплотняется и в бетоне остаются раковины, борьба с которыми требует увеличения расхода цемента.
Для проверки влияния на параметры бетона наличия в щебне кусков лещадной формы в институте ВНИИЖелезобетон были выполнены исследования. В опытах использовался щебень из природных горных пород. Результаты показали, что прочность бетона по мере увеличения в щебне содержания кусков лещадной формы (до 50 и 100%), как правило, снижается с одновременным снижением объемного веса бетона, то есть при недоуплотнении бетонной смеси. Наличие в большом количестве (более 50%) щебня лещадной формы затрудняло уплотнение бетона, а это приводило к снижению прочности.
Отрицательное воздействие наличия в щебне более 50% кусков лещадной формы объясняется укладкой щебня в основном плашмя, черепицеобразно, что затрудняет взаимное скольжение смежных кусков и требует увеличения мощности вибрационного оборудования.
Сравнительные физико-механические свойства щебня различной лещадности приведены в табл. 3.
Щебень для балластного слоя на железнодорожных путях
Основным назначением балластного слоя является обеспечение вертикальной и горизонтальной устойчивости рельсошпальной решетки при динамических нагрузках.
Характер упрочнения балласта в процессе укладки и эксплуатации путей существенно зависит от начальной пустотности щебеночного каркаса, то есть от состава и формы зерен щебня. Предельная пустотность щебеночного балласта составляет 0,33–0,34, а начальная достигает 0,45–0,50, что вызвано в значительной степени наличием лещадных зерен. Лещадные и игловатые зерна ломаются под нагрузкой и повышают неравномерность осадки балласта при эксплуатации.
Отечественные стандарты на щебень для балласта требуют получения двух фракций – 25–60 мм и 5–25 мм, причем содержание зерен крупнее верхнего предела и менее нижнего предела не должно превышать 5%.
Повышение скорости движения поездов вызвало изменение требований к балласту, особенно по его горизонтальной устойчивости. В результате в отечественные стандарты было внесено требование по обеспечению кубовидности щебня – ограничение содержания лещадных зерен 18%.
Европейские стандарты также требуют ограничения лещадности щебня, используемого для железных дорог, на уровне 15–20%.
Технологии и оборудование для производства высококачественного щебня
При производстве щебня кубовидной формы необходимо учитывать, что форма зерен дробленого материала определяется текстурно-структурными особенностями исходной горной породы, используемым оборудованием и технологией переработки.
Форма зерен щебня зависит также от принципа работы дробильного агрегата. Оптимальная изометричная кубообразная форма создается в агрегатах ударного действия – молотковых, ударно-центробежных и отбойно-центробежных дробилках. Из раздавливающих камень агрегатов (щековые, валковые, стандартные конусные дробилки) получают щебень с высоким содержанием зерен лещадной и игловатой формы. Так, при дроблении песчаников в отбойно-центробежной дробилке ОЦД-100 лещадные и игловатые зерна составили 9–13% во фракции 5–10 мм и всего 4,6–5,3% – во фракции 10–20 мм, в то время как щебень из конусной дробилки СМ-561 содержал соответственно 53–55% и 39–50% таких зерен. В гранитном щебне из дробилки ОЦД-100 лещадных и игловатых зерен было только 6 и 2%, а в щебне из дробилки СМ-561 – соответственно 23 и 14%, т. е. в 4–7 раз больше.
Для получения щебня кубовидной формы обычно применяют специальные конусные дробилки или дробилки ударного действия. Последние позволяют получать щебень, форма зерен которого близка к кубовидной, но иногда и к окатанной, кроме того, они являются дорогими в эксплуатации и характеризуются повышенным выходом отсевов дробления.
В таблице 4 приводятся данные по применению различных типов дробильных агрегатов для производства щебня. На основании их анализа можно сделать заключение, что для получения кубовидного щебня необходимо обеспечить многократное дробящее воздействие на кусок породы, а разрушающая сила должна действовать не на раздавливание, а на сдвиг.
Основываясь на этих принципах, способы производства кубовидного щебня могут быть следующими (табл. 4):
Использование ударных и отражательных дробилок, в конечном счете, может рассматриваться как дополнительная операция дробления, назначение которой – исправление формы зерен без существенного сокращения размеров дробимого материала.
Дробильный комплекс
фирмы Zeppelin
Центробежные дробилки-грануляторы могут принимать максимальный кусок не более 60–70 мм (лучше 40 мм) и производить кубовидный щебень фракции 5–20 мм с производительностью по питанию до 200 т/ч и выходом фракции менее 5 мм 35–50%.
Выводы
2. Прочность бетона при использовании кубовидного щебня возрастает на 5–10% при одновременном уменьшении расхода цемента на 7–12% и снижении на 3–5% водопотребности бетонной смеси.
3. Стандартные щековые и конусные дробилки не обеспечивают получение щебня необходимой формы.
5. Конусные инерционные дробилки обеспечивают получение кубовидного щебня в широком диапазоне крупности при минимальном числе стадий дробления.
Читайте также: