Ю.Д.БУЯНОВ, О.Е.ХАРО, Г.Р.БУТКЕВИЧ, Н.С.ЛЕВКОВА (ФГУП «ВНИПИИстромсырье»), Перспективы улучшения качества заполнителей для бетона

Объем производства нерудных строительных материалов (НСМ) в РФ в 2004 г., по данным Федерального агентства по строительству и жилищ- но-коммунальному хозяйству, составил 214, 360 млн. м3. По сравнению с 2003 г, рост производства равен 1,7%. В настоящее время в России действует около 3000 предприятий, которые производят 70% объема всех добываемых в строительной отрасли полезных ископаемых. Производители НСМ эксплуатируют месторождения различных видов горных пород; в том числе изверженных, карбонатных и метаморфических, песчано-гравийных и песчаных. Однако эти месторождения распределены крайне неравномерно. Месторождений песчано-гравийных пород нет в 14 субъектах Российской Федерации, строительных песков - в 11, изверженных и карбонатных пород в 8 [1]. Большими запасами изверженных пород обладают Ленинградская область, Карелия, Уральский регион. В Центральной части Европейской территории - одно предприятие ОАО “Павловскгра- нит, выпускающее гранитный щебень, поэтому в центр и южные районы импортируется еще около 2 млн. м3 щебня из изверженных пород с Украины и Белоруссии.

Гравийно-песчаные и песчаные месторождения распространены в основном в европейской части РФ и отсутствуют в большинстве районов Сибири.

Основные объемы НСМ в настоящее время направляются на строительство автодорог и производство сборного бетона и железобетона и готовых бетонных смесей для монолитного строительства. Потребность в этих материалах на 2005 г.. по экспертным оценкам ведущих институтов, приведена в таблице.


Таким образом, по данным экспертов, в 2005 г. потребность в щебне составляет 51%, в песке 44%, в ПГС- 13%. Значительные изменения про- исходят в номенклатуре производства НСМ: значительно выросла доля объема производства щебня (более 50%), прежде всего за счет щебня из изверженных горных пород.

Сократились поставки гравия и щебня из гравия. Для бетона практически не применяются песчано-гравийные смеси, их выпуск снизился с 20 до 13%, необходимых для дорожного строительства. Эти процессы связаны также и с истощением запасов песчано-гравийных пород и с вовлечением в эксплуатацию месторождений с пониженным содержанием гравия и валунов до 30-35% [ 2 ].

Более 80% основных производителей в Европейской части РФ поставляет для сборного и монолитного строительства смесь фракций от 5 до 20 мм.

Требования современного строительства определяют необходимость повышения качества продукции, улучшается форма зерен щебня (66% от объема щебня из изверженных пород относится к 1-3 группе), до 10-25% зерен пластинчатой и игловатой формы, повышается спрос на узкие фракции щебня и песка. Фракции щебня от 5 до 10 мм и свыше 10 до 20 мм могут по заказу потребителей выпускать многие предприятия, эксплуатирующие месторождения изверженных и гравийно-песчаных пород, на рынке появились фракционированные природные пески и пески из отсевов дробления. Новые типы отечественного и зарубежного оборудования позволяют получать заполнители для бетонов и растворов, в том числе сухих строительных смесей заданного зернового состава.

Известно, что самым крупным потребителем НСМ и соответственно производителем сборного бетона, железобетона и бетонных смесей для монолитного строительства являются Москва и на втором месте Санкт-Петербург. Москва совокупно для разных видов строительства использует около 20 млн. м3 НСМ, что составляет примерно 10-ю часть всех добываемых НСМ в России. Поданным проведенного опроса основных производителей, в Москву поступает 40% щебня из изверженных пород, около 15% щебня из гравия, 39% песка и 6% щебня из карбонатных пород.

Следует отметить, что замена щебня из карбонатных пород и гравия щебнем из изверженных пород зачастую совершенно не оправдана с точки зрения его использования. Для бетонов наиболее распространенных классов В20 (М250) и В25 (М350) нет необходимости применять щебень марок по прочности 1200-1400. НСМ из изверженных пород являются дальнепривозными, и потому цена этой продукции в значительной мере определяется транспортными расходами. Заметную роль в повышении стоимости строительства и удорожании производства бетона и железобетона сыграли условия поставки. Железная дорога - один из крупнейших монополистов ежегодно (а иногда и посезонно) увеличивает тарифы на перевозку, в т.ч. и по Ленинградской области. На 1.01.05 г. тариф для ряда предприятий области составил 350 руб/м3, что более цены щебня фран- ко-склад в 1,3 раза. Кроме того, возросла и дальность транспортирования на 450 км за счет перехода на путь Санкт-Петербург - ст. Кошта Северной дороги - Москва. Неудивительно, что цены на гранитный щебень пяти крупных производителей Ленинградской области становятся более высокими, чем цены на поставки щебня с Украины и Белоруссии.

Дополнительному удорожанию этого щебня способствует “ажиотажный” спрос на щебень с улучшенной формой зерен, условно именуемый щебнем кубовидной формы. Щебень узких фракций кубовидной формы применяется для устройства верхних слоев асфальтобетонных покрытий при строительстве и ремонте дорог федерального значения или для больших городских транспортных магистралей, для производства высокопрочных или специальных видов бетонов.

В то же время о массовом применении этого щебня свидетельствуют данные основных производителей: ими уже сегодня производится около 60% щебня 1-3 группы. В ГОСТ 8267- 93 на щебень из плотных горных пород приведена таблица, включающая 5 групп щебня с содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы от 10 до 50% по массе и по согласованию с потребителем - до 65% по массе; в ГОСТ 26633-91 на бетоны тяжелые и мелкозернистые допустимая норма ограничена 35%, которая подтверждена большим объемом исследований, проведенных институтом “ВНИПИИстромсырье”. Сравнение указанных требований с требованиями нового европейского стандарта CEN EN 12620 Заполнители для обычного и мелкозернистого бетона”, утвержденного 20-ю странами, показало, что допускается применение щебня с содержанием указанных зерен от 15% до 50%, и вводятся также категории щебня с более 50% и с декларированным высоким содержанием или без требований к этому показателю, что определяется условиями применения.

Следовательно, наши нормы даже более жесткие, чем принятые европейцами для заполнителей бетона. Несмотря на это некоторые потребители необоснованно стараются приобрести именно “кубовидный щебень, хотя цена его возрастает в связи с увеличением объемов добываемого сырья и ростом объема отсевов дробления щебня в 1,5 и более раза. Известно, что стоимость щебня составляет примерно 1/3 от стоимости остальных материалов в железобетонных конструкциях, следовательно ориентация на дорогой щебень приводит к неоправданному удорожанию продукции ЗЖБИ и соответственно строящихся объектов. К сожалению, для некоторых потребителей с широкой номенклатурой изделий из бетона и железобетона получение столь дорогих заполнителей диктуется отсутствием площади под склады заполнителей для различных видов щебня.

Объемы поставок щебня из гравия практически в 2,7 раза меньше, чем щебня из изверженных пород, хотя эта продукция поставляется в основном из Московской и смежных областей (средний радиус перевозок 250 км против 1000 км для щебня из изверженных пород и около 300 км из карбонатных пород). Сокращение спроса на щебень из гравия, который с середины прошлого века считался наиболее востребованным в качестве крупного заполнителя, связано с возможным присутствием в нем аморфных разновидностей диоксида кремния. В то же время экономически целесообразно его применение для средних и низких марок бетона. Разрушение бетона из-за взаимодействия щелочей цемента с аморфными разновидностями диоксида кремния - до конца не исследованный процесс. Возможности устранения такой реакции реальны, в первую очередь она связана с повышенным содержанием щелочей в цементе: допустимой утвержденной нормой считается 0,6%, при которой реакция уже не опасна. Однако если раньше при производстве цемента активно использовались кремнеземистые добавки, золы и шлаки, которые связывали щелочь на ранних стадиях твердения, то в настоящее время значительно возрос выпуск бездобавочных цементов, более дорогих и соответственно выгодных производителям.

Сошлемся на новый европейский стандарт СЕН на цементы - из 27 видов цементов (основной продукции) только один является бездобавочным. Задача исследователей — разработать эффективные меры, позволяющие и в бетонах снизить риск возникновения этой реакции.

Минерально-сырьевая база НСМ истощается, ее запасы постоянно снижаются при неуклонном росте отходов (отсевов дробления), связанных с ростом объемов производства. Вопросы комплексного использования сырья и местных, в ряде случаев нетрадиционных видов сырья, требуют ускоренного решения. Особенно тревожны возросшие потери изверженных пород при нарастающих объемах их добычи. Отсевы дробления щебня из этих пород сложили уже немало техногенных месторождений, наносящих непоправимый вред окружающей среде. То же самое можно сказать об отходах, получаемых при производстве щебня из гравия и из карбонатных пород. По оценкам ФГУП “ВНИ- ПИИстромсырье”, ежегодно образуется 28-35 млн. м3 отсевов, из которых 12-15 млн. м3 составляют отсевы из изверженных пород и около 16-20 м3 из карбонатных пород [3].

К ним следует добавить пески гидроотвалов, образующиеся на предприятиях по выпуску мытого гравия и щебня из гравия. В гидроотвалы попадают мелкие пески и пески из отсевов дробления гравия. Проведенное ранее детальное изучение песков гидроотвала “Сычевского ГОКа” показало, что путем обогащения (промывки) могут быть получены наиболее востребованные для производства бетона средние пески первого класса, отвечающие всем требованиям строительных и дорожных ГОСТов. Такие пески успешно используют для приготовления растворов, сухих строительных смесей, песчаных бетонов, пено - и газобетонов.

Исследования последних лет, проведенные в институте, показали, что при переработке сырья техногенных месторождений, сложенных отсевами дробления щебня из изверженных пород, можно выделить до 10- 15% щебня фракций от 3 до 10 мм или от 5 до 10 мм и получить песок из отсевов дробления, который может быть с успехом использован в качестве мелких заполнителей. Песок из отсевов дробления может быть применен совместно с природным или раздельно, а также разделен на фракции или смеси фракций по требованию потребителей.

Песок из отсевов дробления щебня из карбонатных пород может быть использован в качестве мелкого заполнителя в растворах и бетонах различного назначения, если он отвечает требованию ГОСТ 8736-93 “Песок для строительных работ. Технические условия” или служит укрупняющей добавкой к мелким пескам.

Однако этими известными предложениями не исчерпываются возможности использования отсевов дробления щебня. Требования современного строительства обусловливают необходимость применения фракционированных материалов. Фракционирование природных песков и песков из отсевов позволяет обеспечивать постоянство зернового состава, плотность и прочность конечного продукта в соответствии с рецептурами современного производства за счет точного дозирования компонентов и снижения расхода более дорогого вяжущего. Кроме того, узкие фракции песков из различных видов горных пород находят широкое применение при производстве многих строительных материалов и в других отраслях промышленности.

Основным условием расширения областей применения фракционированных материалов являются комплексные исследования их свойств, включающие минералого-петрогра- фический и химический состав каждой фракции. Щебень из изверженных пород, так же, как и отсевы дробления, обладающие теми же ценными свойствами, что и породы (однородностью, прочностью, морозостойкостью и долговечностью) можно условно разделить по наиболее распространенным вещественным составам на кислые и основные. Комплексное исследование 5 фракций отсевов дробления щебня (2,5-5 мм, 1,25-2,5 мм. 0,63-1,25 мм, 0,315-1,25 мм) габбро-диабаза Круторожинского месторождения - основной породы и гранита месторождения “Кузнечное” - кислой породы, а также пылевидной составляющей (частиц менее 0,16 мм) дало возможность определить наиболее эффективные области их применения [4 ].

Особый интерес ко всем видам изученных отсевов проявляет производство сухих строительных смесей (ССС). 2/3 объема ССС составляют песчаные фракции. Маркетинговые исследования, проведенные ФГУП “ВНИПИИстромсырье в Московском регионе, дали возможность оценить потребность в песках для производства ССС, которая составляет более 350 тыс.т. Сегодня это одно из наиболее быстро развивающихся производств строительных материалов. Опрос производителей ССС подтвердил намерения ряда фирм опробовать в своих рецептурах песчаные фракции из отсевов дробления щебня из изверженных, метаморфических и карбонатных пород [5].

Кроме того, на основании полученных результатов даны рекомендации о целесообразности в зависимости от вещественного состава использования отдельных фракций или их смесей в производстве бетонов, растворов, кровельных материалов, керамических изделий. Фракционированные пески из карбонатных пород также могут быть эффективно использованы при производстве бетонов, растворов, ССС, а также асфальтобетонов, использующих мелкие карбонатные заполнители и минеральный порошок.

Изучение пылевидной составляющей отсевов (0,16 мм) также свидетельствует о широких возможностях использования ее в качестве наполнителей. Тонкомолотые дисперсные наполнители различной минеральной природы значительно изменяют реологические и структурно-механические свойства ССС. Введение наполнителей из карбонатных пород (мрамора, известняка) может значительно улучшить прочностные и деформативные характеристики материалов, а использование молотых изверженных горных пород с удельной поверхностью 2000 -2800СМ2/Г улучшает удобоукладываемость растворов, повышает водоудерживающую способность, снижает расход вяжущего от 5 до 20%. улучшает адгезионные свойства. Возрастает интерес и к цветным наполнителям, которые готовят сегодня в основном из мрамора и белых известняков.

Пылевидная составляющая из отсевов дробления щебня позволяет не производить специальный помол горных пород, она может быть извлечена из аспирационных систем при производстве НСМ или получена путем рассева на современном оборудовании, разделяющем пески на фракции размером и до 10 микрон.

Использование фракционированных песков из различных видов горных пород позволит использовать местное дешевое сырье, снизить транспортные расходы, а соответственно и себестоимость многих видов продукции, и решить ряд важнейших экологических проблем, связанных с образованием многотоннажных отходов производства нерудных строительных материалов.

К выпуску фракционированных песков уже приступили передовые предприятия отрасли, такие как ЗАО “Мансуровское карьероуправление”, ОАО “Гранит-Кузнечное”, ОАО “Орс- кое карьероуправление, ОАО “Павловскгранит” и другие. Однако номенклатура этих материалов должна быть значительно расширена, и если пока типовые заводы ЖБИ имеют ограниченные возможности складирования различных фракций крупных и мелких заполнителей, то для иностранных фирм, работающих в России, оснащенных современным технологическим оборудованием, предпочтительны фракционированные заполнители.

Предприятия промышленности НСМ сегодня модернизируются и реконструируются, и для того, чтобы полностью обеспечить промышленность сборного бетона и железобетона, а также монолитное строительство высококачественными заполнителями, необходим прогноз требований к ним в обозримом будущем и предполагаемые объемы потребности заполнителей из различных видов пород.

Бетон и железобетон, 2005 №4