Все о гранитном щебне

Все о гранитном щебне

Один из самых нужных стройматериалов — это гранитный щебень. Он представляет собой сырье высокой прочности, которая зависит от его фракции и удельного веса. Чем крупнее разновидность, тем она дороже. Продукт того или иного качества находит свое применение в разных сферах строительства. Свойства гранита во многом зависят от того, где его добывают: один может быть более плотным, другой — меньшей плотности.

Кубовидный щебень, какой он?

Определение

Вопросом о производстве кубовидного щебня задаётся каждая компания, которая планирует открытие дробильного завода.

По определению ГОСТа кубовидный щебень относится к первой группе щебня, в котором содержание лещадных зёрен составляет не более 10 %. Лещадными называют зёрна особых размеров, где ширина или толщина их должна быть меньше длины в 3 раза или более.

Сфера применения щебня улучшенного качества

Щебень, который производится в форме узких фракций, подходит для изготовления асфальтобетонных смесей. Их используют для верхних слоёв покрытия. Это положительно влияет на плотность и удобство укладываемости смесей. Основным его потребителем является государство.

Кубовидный щебень используют при строительстве дорог, ведь по требованиям качества здесь должен применяться только щебень первой группы. Его свойства неоспоримы: делает бетон прочнее, намного выносливее, уменьшает шум, дорожное покрытие получается долговечнее и лучше. Небольшие объёмы кубовидного щебня используются для строительства мостов, дамб гидроэлектростанций, высотных зданий.

Кубовидный щебень для:

• дорожного строительства изготавливается из горных пород с высокой износостойкостью, такой щебень обязан быть трудношлифуемым, однородным по прочности, без загрязняющих примесей;
• производства бетонов образует жёсткий скелет, увеличивает прочность, повышает долговечность, обеспечивает морозостойкость, уменьшает ползучесть, сокращает расход цемента.

Щебень для строительства дорог получают из магматических горных пород. Его производством занимаются дробильно-сортировочные заводы, которые строят стационарно вблизи месторождений. В России это северо-запад страны и Урал.

Что такое гравий и щебень – в чем различия?

Несмотря на то, что материалы имеют почти одинаковое происхождение, они разливаются по нескольким параметрам. Отвечая на вопрос, что такое гравий и щебень, стоит отметить что они чаще всего применяются для приготовления бетонных смесей в качестве крупнозернистой добавки, а также в процессе возведения дорог. Щебень характеризуется кубовидной формой, а гранит – округлой, с гладкой поверхностью.

Что прочней гравий или щебень? Как говорилось выше, щебень производят методом дробления доломита, известняка или гранита. А гравий – это материал природного происхождения. Что же качается прочности сцепления, то щебень лучше, так как имеет более шероховатую поверхность и форму в виде куба. Кроме того, в процессе дробления материал неоднократно промывается, поэтому в нем нет глины и других посторонних частиц.

Фракции щебня

Существует несколько фракций щебня, среди которых можно выделить стандартные и наиболее популярные:

до 5 мм. Представляет собой гранитный отсев. Многие строители вовсе не считают его полноценным камнем, а лишь его побочным продуктом, который появляется при отсеве. Обычно используется только в качестве декоративного элемента, для обсыпки дорожек или площадок для спорта. При его помощи так же производят бетон, на поверхности которого создается эффект «вымытого бетона».

до 10 мм. Считается достаточно доступным материалом мелкой фасовки, который при этом практически не содержит чрезмерно большое количество частиц пыли. Применяется в качестве оптимизатора основного растворного состава, а так же при для производства изделий из цемента.

до 20 мм. Материал данной фракции весьма распространен. Необходим как для целей, которые описаны выше, так и для фундаментной постройки, мостового полотна и конструкции в целом, дорог и покрытий аэродромов.

до 40 мм. Потребуется при изготовлении ЖБИ, постройке дорог, железно-дорожных полотен, возведении зданий, трамвайных линий и фундаментов.

до 60 мм. В основном применима только при строительстве ж/д полотен. В остальных сферах используется крайне редко.

до 70 мм. Достаточно крупная фракция, предназначаемая для производства бетона, других массивных конструкций, а так же для всех работ, в которых предполагается использовать большие количества цемента.

до 300 мм. Все фракции от 70 и до 300 мм используются очень редко. Применимы обычно в качестве декоративного элемента и потребуются для отделки водоемов, заборов, бассейнов.

Так на фото выглядит гранитный щебень фракции 5-20:

Виды щебня в зависимости от горной породы

В зависимости от того, какая именно порода используется при производстве, щебень подразделят на:

1. Гранитный щебень

Этот вид щебня производится методом дробления крупных гранитных камней до заданной фракционности. Он имеет красноватый цвет и ломаные грани на зернах. Благодаря этому он великолепно сцепливается с бетоном или цементной массой. В результате получается максимально прочный монолит.

Согласно российским стандартам, гранитный щебень производится с фракционностью от 0-5 мм до 70-120 мм. Это самый востребованный вид щебня, он востребован для производства железобетонных изделий, в строительстве и в прокладке дорог.

2. Гравийный щебень

Этот вид щебня получают путем просеивания и промывки карьерных пород или дроблением скальных пород. Внешне он выглядит, как серая масса. Производство гравийного щебня регламентирует ГОСТ 8267-93, Прочность гравийного щебня в разы ниже прочности гранитного щебня, это ограничивает сферу его использования. Максимальной прочностью обладает гравийный щебень марки М-1200.

Себестоимость производства гравийного щебня невелика, поэтому он весьма востребован. Для дробления скальных пород не требуются свехмощные дробильные установки. К тому же у гравийного щебня есть ряд своих достоинств. Во-первых, он весит намного меньше, чем гранитный щебень. Работать с гравийным щебнем удобнее и легче. Немаловажно и то, что радиационный фон у гравийного щебня практически отсутствует, в то время как у гранитного он относительно велик.

Если скальные породы залегают в отдельных регионах страны, то карьерные породы есть повсюду. Благодаря этому производством гравийного щебня занимаются очень многие компании. Конкуренция между ними приводит к снижению стоимости этого материала.

По российским стандартам, гравийный щебень производится в четырех степенях фракционности: 3-10 мм, 5-20 мм, 5-40 мм и 20-40 мм.

3. Известняковый (доломитовый) щебень

Этот вид щебня используется там, где не требуется повышенная прочность конструкции. Его востребован в производстве железобетонных изделий, которые впоследствии не будут подвергаться слишком высоким механическим нагрузкам.

Производится он методом дробления осадочных пород с высоким содержанием карбоната кальция. Добываются это сырье в карьерах. Стоимость материала невелика.

Прочность известкового щебня также невелика. По популярности он существенно уступает гранитному и гравийному щебням. Если говорить о строительстве, то чаще всего этот щебень востребован для прокладки проселочных дорог, по которым не проезжают большегрузные автомобили. Массовое же применение этот материал нашел в производстве извести, соды и минеральных удобрений.

На наших предприятиях, согласно ГОСТу, известковый щебень производится фракционностью 5-20 мм, 20-40 мм и 40-70 мм.

4. Шлаковый щебень

Главным недостатком этого вида щебня является его слабая морозостойкость. Он выдерживает не более 15-ти циклов замораживания и оттаивания. Для сравнения, у гранитного щебня этот показатель равен тремстам циклам.

Шлаковый щебень используется в дорожном и малоэтажном строительстве, а также в производстве железобетонных изделий, предназначенных для монтажа внутри зданий.

Фракционность этого материала может быть 0-5, 5-20, 20-40, 40-70, 70-120 мм.

5. Сланцевый щебень

Сланцевый щебень производится методом дробления вулканических пород. Форма зерен сланцевого щебня сильно приплюснутая и продолговатая, а по цвету он может быть, желтым, коричневым, серым, черным или зеленым.

Специальная технология позволяет дробить вулканические породы на тонкие пластинки. Такой щебень используется при проведении кровельных работ. Также сланцевый щебень используется в производстве железобетонных изделий и в строительстве. Нашел свое применение этот материал и в дорожном строительстве. Его охотно используют при благоустройстве территорий и в ландшафтном дизайне.

6. Вторичный щебень

Вторичный щебень производят из строительного мусора. Сырьем для этого являются демонтированные железобетонные плиты и перемычки, из которых удален металл. Себестоимость его производства достаточно низкая, потому цена материала привлекательная. Этот щебень вдвое дешевле гранитного.

Вторичный щебень нашел широкое применение в производстве бетона. Его использование удешевляет бетон на треть.

Прочность и морозостойкость вторичного бетона невелики. Самым морозостойким вторичным щебнем является марка F150, а самым прочным — марка М-800.

Гранитный щебень – в чем плюсы?

Гранитная щебенка используется в дорожном строительстве гораздо чаще. И это вполне объяснимо с практической точки зрения. Это максимально соответствующий всем требованиям технологии укладки дорожного полотна материал. Гранитный щебень обладает высокой прочность и износостойкостью, поэтому он используется также для возведения мостов, железнодорожных переходов, укреплений трамвайных путей. Гранит содержится в природе в большом количестве, поэтому объемы добычи и производства гранитного щебня полностью соответствуют потребностям дорожного строительства.

От состояния дорожного полотна зависит безопасность и комфорт движения, сохранность транспортных средств, длительность межремонтных интервалов, расход топливных ресурсов. Важно правильно выбирать материалы и соблюдать все правила технологического процесса укладки дорожного покрытия. Щебень – универсальный материал, который максимально долго сохраняет свою структуру, обеспечивая прочность и целостность дорожного полотна. Качество автодорог из гранитного и гравийного щебня остается на высоте на протяжении многих лет, независимо от негативного воздействия внешних факторов.

Введение

Основными потребителями щебня в России в настоящее время является дорожное строительство. Дорожное строительство, предназначением которого является создание транспортной системы, как элемента инфраструктуры экономики, в том числе сети автомобильных дорог, было и остается одной из основных производственных сфер, обеспечивающей решения как общегосударственных, так и региональных социально-экономических задач. В настоящее время в России, как и во всем мире, наблюдается тенденция увеличения объемов дорожного строительства с одновременным улучшением качества и сроков службы. При строительстве дорог и производстве железобетонных изделий требуется щебень с частицами кубовидной формы, так как форма частиц обеспечивает максимальную «упаковку», а, следовательно, плотность дорожного полотна и бетонных изделий. Срок службы дорог, построенных на кубообразном щебне, в 2,5 раза выше, чем на щебне игловатой или лещадной формы.

Постановка задачи

Щебень образуется при разрушении кусков горной породы под действием удара или более сложному виду деформации раздавливанием, истиранием, раскалыванием. В первом случае получается мало кусков, но хорошей формы, во втором — много, но плохой формы.

Говоря о потенциальных возможностях производства кубовидного щебня при проведении анализа технической литературы [1-4] можно сделать вывод: 1) форма каменного материала влияет на процент выхода щебня кубовидной формы; 2) наблюдается у конусных дробилок работающих под завалом увеличения процента выхода кубовидного щебня; 3) на данный период времени нет рекомендаций по конструктивному исполнению дробилок производящих кубовидный щебень.

В ГОУ «СибАДИ», на кафедре «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктуры» (ТНКИ), были проведены лабораторные исследования по влиянию разных форм рифлений футеровок на разрушение каменного материала:

Разрушение кубообразного щебня дробильной плитой и плоскостью

При разрушении кубовидного материала дробящей плитой с рифлением и плоскостью (рис.1а) происходит образование трещины. Трещины начинают образовываться по всем поверхностям контакта рифлений дробящей плиты с каменным материалом, и дальнейшее их распространение идет под некоторым углом к оси приложения нагрузки (рис.1б), со стороны плоскости начало образований трещин не происходит. После того, как, куб был разрушен, производился анализ получившегося продукта. При разрушении куба дробящей плитой и плоскостью получается в основном лещадный материал и шелуха, а материала кубовидной формы получается около 20% (рис.1в).

а) б) в)

Рис .1. Разрушение куба плитой с рифлениями и плоскостью

а – начало разрушения куба; б – образование трещин; в – результат разрушения

Разрушение кубовидного материала дробильной плитой с параллельно расположенными рифлениями

При разрушении кубовидного материала на дробильных плитах с параллельно расположенными рифлениями образование трещины начинается от вершины рифления по всей поверхности контакта. Распространение трещины происходит вертикально по оси приложенной нагрузки к параллельно расположенной вершине другой дробящей плиты (рис.2а). В результате разрушения кубовидного материала при параллельном расположении плит получилась в основном шелуха и лещадный материал, зерен кубовидной формы образовалось около 15 % (рис.2 б).

а) б)

Рис. 2. Разрушение кубообразного материала дробящими плитами с параллельно расположенными рифлениями

а – образование трещин; б – результат разрушения

Разрушение кубовидного материала дробящими плитами с перпендикулярно расположенными рифлениями

При разрушении кубовидного материала на дробильных плитах с перпендикулярно расположенными рифлениями образование трещин происходит приблизительно во взаимно перпендикулярных плоскостях. Трещины образуются от вершин рифлений дробящих плит (рис.3. а, б) по всей поверхности контакта. Распространение трещины идет под углом к оси приложения нагрузки, стремящемуся к вертикали (90˚) (рис.3. а, б). В результате разрушения кубовидного материала уменьшился объем лещадного материала и шелухи, а объём зерен кубовидной формы возрос до 85% (рис.3. в).

а) б) в)

Рис. 3. Разрушение кубообразного материала дробящими плитами с перпендикулярно расположенными рифлениями

а – образование трещин со стороны нижней плиты; б – образование трещин со стороны верхней плиты; в – результат разрушения

Дробильная плита с рифлением и плита

При разрушении лещадного материала на дробящих плитах с рифлениями и плоскостью происходит образование трещин от вершины рифления по всей поверхности контакта (рис.4а). Дальнейшее распространение происходит под углом наклоненном к оси приложенной нагрузки. Со стороны плоскости образование трещин не происходит. В результате разрушения лещадного материала получили зерна кубовидной формы, что примерно составляет 85-95 %, а лещадного материала по сравнению с зернами кубовидной формы получилось 10-15 % (рис.4б).

а) б)

Рис. 4. Разрушение лещадного материала дробящей плитой и плоскостью

а – разрушение лещадки; б – результат разрушения

Перпендикулярное расположение рифленых плит

При разрушении лещадного материала на дробящих плитах с перпендикулярно расположенными рифлениями образование трещины происходит так же, как разрушение куба при таком же расположении дробящих плит, т.е. во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис.6а).

При разрушении получили до 50 % лещадного продукта, а так же, произошло переизмельчение материала, т.е. получилось много шелухи и до 40 % кубовидных зерен (рис.6б).

а) б)

Рис. 6. Разрушение лещадного материала дробящими плитами с перпендикулярно расположенными рифлениями

а – разрушение лещадки; б – результат разрушения

Проанализировав и сравнив все проведенные эксперименты и их результаты, были сделаны выводы:

1) Направления рифлений влияют на характер образования и распространения трещин.

2) Третья и четвёртая группы щебня получаются – при раздавливании кубообразного щебня дробящими плитами с рифлениями, установленными на подвижной и не подвижной щеках расположенными параллельно; при дроблении лещадки дробящими плитами с рифлениями, установленными на подвижной и не подвижной щеках расположенными перпендикулярно.

3) Первая и вторая группы щебня получаются – при раздавливании кубообразного щебня дробящими плитами с рифлениями, установленными на подвижной и не подвижной щеках расположенными перпендикулярно; при дроблении лещадки дробящими плитами с поперечными рифлениями, установленными на подвижной щеке и плитами без рифлений на не подвижной щеке.

Решение задачи

В ходе исследовательской и конструкторской проработки поставленных вопросов коллективом сотрудников кафедры «ТНКИ» предлагаются следующие технические решения:

1. Получен патент на полезную модель «Щековая дробилка» № 65400. Щековая дробилка предназначена для измельчения горных пород. Достижение получения кубовидного материала для предлагаемых конструктивных решений возможно только благодаря разделению исходного материала на кубовидный щебень и лещадку.

При поступлении лещадного материала за счет установленных дробящих плит с поперечно направленными концентраторами напряжения на подвижной щеке получается кубовидный материал (футеровка с поперечными направлением рифлений на подвижной щеке прижимает каменный материал к сплошной футеровке установленной на неподвижной щеке (рис.7 а).

Если будет поступать кубовидный щебень на дробилку, то на подвижную щеку дробилки должна быть установлена футеровка с поперечными направлениями рифлений. Причем высота зубьев убывает по увеличению глубины камеры дробления (рис.7 б). Это сделано для того, чтобы высота зуба была соизмерима с размером дробящего каменного материала и исключала процесс шелушения. Выступающие зубья футеровки являются концентраторами предельных напряжений вызывающих поперечные трещинообразования. Подвижная щека, с поперечными рифлениями, прижимает дробимый каменный материал к подвижной щеке, которая имеет продольное рифление одинаковой высоты.

Таким образом, в перпендикулярных плоскостях возникают предельные напряжения в дробящем материале. Такое сочетание напряжений не позволяет распространиться трещинам по всей длине (ширине) каменного материала, что исключает образование лещадного материала.

Рис. 7. Щековая дробилка: а) для дробления лещадки; б) для дробления куба

1 — футеровка без рифлений (плоскость); 2- футеровка с поперечным рифлением; 3 — футеровка с продольным рифлением

2. Ещё одной из последних разработок конструкции является патент на полезную модель «Конусная дробилка» №91298. Главной задачей полезной модели является получение щебня с кубовидностью в пределах 85-90%.

Указанный технический результат достигается тем, что к традиционному способу разрушения материала, который происходит преимущественно раздавливанием с истиранием, что провоцирует к образованию однохарактерных трещин, что в свою очередь, способствуют выходу зерен лещадной формы, придается сдвигающая сила.

Создание такой осевой силы можно добиться в традиционных конусных дробилках, за счет принудительного проталкивания каменного материала. Для этого на футеровке подвижного конуса создается спиралевидный выступ, который выполняет роль шнека при вращении подвижного конуса (рис.8).

Рис. 8. Конусная дробилка для получения кубовидного щебня:

а) общий вид; б) подвижный конус

Одним из вариантов технологической схемы с использованием рассмотренных технических решений предлагается схема (рис. 9).

Щебень третьей группы поступает в пластинчатый питатель (установки крупного дробления), откуда подается на колосниковый грохот, в процессе которого щебень разделяется на две фракции: кубообразный и лещадку. В дальнейшем, щебень каждой фракции поступает в соответствующую щековую дробилку, для кубообразного – СМД-110А, диаметр кусков до 500мм, лещадка – СМД-109А, диаметром кусков до 300мм.

Полученные в процессе дробления куски размером до 120 мм из предыдущей установки крупного дробления, выгружается в приемный бункер пластинчатого питателя (установки среднего дробления), который в свою очередь подает поступившие камни на грохот, где происходит отсев на фракции: 5.10 мм, 10.15 мм, 15.20 мм. Затем, не отсеянные куски попадают в конусную дробилку с приемным отверстием 90.105 мм.

Раздробленный материал поступает на ленточный конвейер, затем в бункер питателя и по питателю на грохот, где происходит разделение щебня на фракции: 5.10 мм, 10.15 мм, 15.20 мм, щебень размером более 20 мм, пришедший с установки крупного дробления попадает в конусную дробилку, где и происходит его измельчение.

Таким образом, создается замкнутый цикл дробления.

Выводы

Использование рассмотренной технологии с использованием усовершенствованных конструкций щековых и конусной дробилок позволит в зависимости от формы поступающего каменного материала (куб или лещадка) использовать различное сочетание футеровок. При дроблении лещадного материала использовать сочетание футеровок плоскость на подвижной щеке и поперечные рифления на подвижно щеке, а кубовидный материал дробить, используя сочетание футеровок: вертикальные рифления на неподвижной щеке и поперечные рифления на подвижной щеке. Использование уникальных конструкций конусной и щековых дробилок, в комплексе позволит получить до 85-90 % кубообразного щебня.

Библиографический список

1. Вайсберг Л. А., Шулояков А. Д.Технологические возможности конусных инерционных дробилок при производстве кубовидного щебня //Строительные материалы.2000. №1. С.8-9.

2. Кумашцев Б. А., Дудко А. А. ВНИИ стройдормат, Рациональная конструкция дробящих плит щековых дробилок со сложным движением щеки //www.drobmash.ru

3. Кушка В. Н., Гаркави М. С. Оценка истинной формы зерна высококачественного щебня //www.drobmash.ru

4. Груздев А. В., Осадчий А. М., Газалеева Г. И. // Технология получения кубовидного щебня в конусных дробилках МК «УРАЛМАШ» //www.drobmash.ru

6. Конусная дробилка, Патент на полезную модель №91298, Бюл.№22 от 26.10.2009

7. Щековая дробилка, Патент на полезную модель №65400,Бюл.№22 от 10.08.2007

Понятие удельного веса и его расчётные параметры

Существует такое понятие, как лещадность. Это процентный показатель пластинчатых и игольчатых зерен. Важно понимать, что камень плоской формы в несколько раз увеличивает расход сырья, снижая его показатели.

А вот игольчатые камни и в виде куба, наоборот, повышают показатели. Именно такие камни считаются наиболее перспективными и лучшими. Понятие лещадность вошло в ГОСТ:

1. Кубовидный камень содержит до 15% пластинчатых и игольчатых зёрен.
2. Улучшенный от 15 до 25%.
3. Обычный 25-50%.

Сферы применения

Материал, подвергшийся шлифовке и полировке, обретает характерный блеск, его часто используют в декоративных целях. В первозданном виде щебенка незаменима для производства бетона – фракционные компоненты повышают прочность замеса.

Щебень гранитный фракции 20-40 мм

Области применения ограничены размерами камня. С помощью мелких решают вспомогательные задачи, в частности, покрывают ими садовые дорожки, крупный прочный материал незаменим для сборки масштабных сооружений, например, мостов. Гранитный щебень включается в состав растворов, из которых создают асфальт и аэродромные покрытия.

Отсев, возникающий во время дробления либо просеивания породы, сходит не только в рецептуру бетона: из него изготавливают прочную тротуарную плитку, разнообразные насыпные материалы, керамическую облицовочную продукцию, фильтрационные узлы, декоративные смеси, стеновые панели, элементы ландшафтного дизайна.