Щебень

Щебень получают дроблением каменных пород. Это наиболее качественный крупный заполнитель для высокоточных бетонов Он, как правило, дороже гравия, но тем не менее объем производства щебня в СССР превышает объем добычи гравия в несколько раз. Это объясняется отсутствием гравия во многих районах страны и использованием его для высокопрочных бетонов.
Технические требования. Технические требования к щебню, предъявляемые в стандартах в отношении его фракционирования и зернового состава поставляемых фракций или их смесей аналогичны требованиям к гравию.
Щебень из изверженных горных пород, применяемый в качестве заполнителя для тяжелого бетона, должен иметь марку, соответствующую пределу прочности породы не ниже 80 МПа, из метаморфических пород — не ниже 60 МПа, из осадочных — не ниже 30 МПа.
Для гидротехнического бетона зоны переменного уровня воды должен применяться щебень из пород, предел прочности которых превышает предел прочности бетона не менее чем в 3 раза (для изверженных и метаморфических пород) или в 2,5 (для осадочных). Как следует из гл. 4, эти требования обеспечивают необходимую и достаточную для бетона прочность заполнителей с большим запасом.
Содержание зерен слабых пород в щебне допускается не более 10% (по массе), а для бетона ряда ответственных конструкций — не более 5%. Массовая доля отмучиваемых примесей в щебне из изверженных и метаморфических пород не должна превышать 1%, а в щебне из осадочных пород в ряде случаев (в зависимости от марки бетона и вида конструкций) —2(3) %. Производство. Производство щебня включает следующие технологические процессы: добычу камня, дробление и сортировку (грохочение).
Добыча камня осуществляется в основном в карьерах. Разработке месторождений каменных пород предшествуют вскрышные работы, состоящие в удалении растительного слоя и песчано-глинистых пород средствами, описанными выше. В состав вскрышных работ может входить и удаление непригодного камня верхней зоны (зоны выветривания). Эти работы выполняют буровзрывным способом с вывозкой камня в отвал.
После обнажения каменного массива и подготовки уступа специальными буровыми машинами и станками в массиве бурят скважины диаметром до 250 мм на глубину 10 ... 20 м в один ряд вдоль уступа или в два-три ряда в шахматном порядке через 4 ... 7 м, закладывают в них взрывчатые вещества (аммониты, тротил и др.) и производят одновременно массовый взрыв (предварительно удалив из опасной зоны людей и технику). В результате взрыва уступ заполняется рваным камнем разной крупности и глыбами. Крупные глыбы (негабарит) взрывают вторично накладными или шпуровыми зарядами, после чего рваную породу разрабатывают мощными экскаваторами с ковшом вместимостью 2 ... 4 м3.
Камень грузят экскаваторами в транспортные средства (преимущественно автосамосвалы большой грузоподъемности), доставляющие его на дробильно-сортировочный завод. В некоторых случаях первичное дробление камня целесообразно осуществлять непосредственно в карьере и доставлять на дробильно-сортировочный завод уже не крупный камень, а частично дробленый.
Основное оборудование дробильно-сортировочного завода — дробилки и грохоты, а также ленточные конвейеры, питатели, транспортеры, объединяющие все агрегаты в технологические линии.
Применяют в основном вибрационные и гирационные грохоты. Для крупного камня используют также неподвижные колосниковые грохоты.
Дробилки по конструкции и принципу дробления подразделяются на щековые, конусные, валковые, молотковые и др. Наибилее широкое применение для крупного и среднего дробления камня нашли щековые дробилки. Камень, поступающий в зазор между неподвижной и подвижной щеками, дробится при периодическом сужении зазора.
В конусных дробилках камень поступает в кольцевой зазор между внутренним и внешним конусами, причем внутренний дробящий конус, установленный на эксцентриковой Пяте, совершает круговое качание, в результате чего ширина зазора непрерывно меняется.
Реже, для дробления сравнительно непрочного камня, используют валковые дробилки, состоящие из двух гладких или рифленых цилиндров (валков), вращающихся навстречу друг другу. Молотковые дробилки ударного действия находят применение при окончательном дроблении.
Как показали исследования, при их использовании выход щебня кубовидной формы значительно больше, чем в дробилках других типов, а зерен пластинчатой и игловатой формы — меньше.
Производительность дробилок указывают в их технологических характеристиках (паспортах). Она соответствует определенному типу горной породы и принятым условиям дробления. Поэтому для конкретных условий производства ее необходимо пересчитывать, вводя поправочные коэффициенты.
Хотя выходная щель дробилок может регулироваться, нецелесообразно назначать в каждой из них слишком высокую степень измельчения из-за ускоренного износа и уменьшения производительности дробилок. Для щековых и конусных дробилок обычная степень измельчения 3 ... 5.
Для улучшения качества щебня на основе детальной геологической разведки месторождения можно производить так называемую селективную разработку карьера, добывая только наиболее очный камень. Но при этом значительно усложняются работы и вышается стоимость щебня. При современном крупном производстве более целесообразна массовая разработка месторождений с последующим разделением продукции на отдельные классы по прочности и назначению. Для обогащения щебня используют те же методы, которые применяются для гравия и описаны выше.
Особое значение для щебня имеет обогащение по принципу избирательного дробления. Этот метод основан на следующем явлении. Степень измельчения дробимого камня зависит не только от вида дробилки, ее настройки и режима работы, но и от прочности камня. Если через дробилку, работающую в постоянном режиме, пропускать камень разной прочности, то чем меньше прочность, тем мельче будет продукт дробления. Поэтому если после Дробления отсеять из продукта мелкую фракцию, то оставшийся надрешетный продукт окажется более однородным и прочным. Здесь выявляется еще одно важное достоинство промежуточного грохочения: оно позволяет, отделяя непрочную фракцию, обогащать конечную продукцию.
Предварительное грохочение используют для отделения мелких классов из материала, поступающего на дробление. Благодаря этому улучшаются условия работы дробилок и повышается их производительность.
Поверочное (контрольное) грохочение служит для выделения отдельных классов из продуктов дробления, направляемых на доработку — повторное дробление по замкнутому циклу. Замкнутый цикл целесообразен на последней стадии дробления. Помимо увеличения выхода нужных фракций при замкнутом цикле дробления улучшается форма зерен щебня.
Окончательное (товарное) грохочение имеет целью получение товарных фракций щебня для отправки потребителю.
Обогащение. Почти все месторождения характеризуются в той или иной степени неоднородностью камня по прочности.
Помимо обогащения по прочности возможно обогащение получаемого щебня по форме зерен. Для отделения зерен пластинчатой и игловатой форм применяют щелевые и специальные колосниковые грохоты, дающие определенный эффект при небольших затратах. Была предложена и внедрена также «грануляция» щебня дополнительной обработкой в молотковой дробилке или в дробилках других типов, работающих «в режиме грануляции» — при соответствующей настройке и неполной загрузке. За счет разламывания преимущественно зерен пластинчатой и игловатой форм щебень при «грануляции» приближается к кубовидному. Однако это связано со значительными затратами, которые не всегда окупаются. Относительно эффективности применения щебня с той или иной формой зерен существуют различные мнения. Некоторые исследователи (С. С. Гордон) полагают, что пластинчатая (лещадная) форма зерен щебня лучше кубовидной, поскольку позволяет получать бетон более высокой прочности.
Промывка щебня производится, когда содержание пыли в нем превышает пределы, допускаемые стандартами. Осуществляется она, как правило, в процессе мокрого грохочения разбрызгиванием воды над грохотами.
Перспективным методом обогащения является сухое обеспыливание щебня потоком воздуха, которое также можно совместить с процессом грохочения.
Щебень из гравия. В некоторых районах для производства щебня используют скопления валунов и булыжников. В щебне из гравия дробленых зерен должно быть не менее 80% (по массе). Дроблеными считают зерна, площадь околотой поверхности которых больше половины всей площади поверхности зерна.
Показатели дробимости при испытании в стальном цилиндре для щебня из гравия из-за формы его зерен выше, чем для гравия. Поэтому стандарт относит к марке Др8 щебень из гравия с показателем дробимости до 10%, к марке Др12 — до 14%, к марке Др16 — до 18% и к марке Др24 — до 26%. Остальные требования к такому щебню аналогичны требованиям к обычному щебню и гравию.