О возможностях получения высококачественного щебня
K.M.ВОРОНИН, М.С.ГАРКАВИ, С.С.ШАЙДУЛЛИНА (Магнитогорская государственная горно-металлургическая академия) В.А.АРТАМОНОВ, А.Ю.КОЗИН, В.Н.КУШКА (ЗАО «Урал-Омега», г. Магнитогорск)
Качество щебня, используемого в производстве бетона и в дорожном строительстве, в значительной степени определяется формой его зерен. Повышенное содержание в щебне зерен пластинчатой (лещиной) формы ухудшает удобоукладываемость смесей, вызывая повышенный расход связующего. Кроме того, форма зерен оказывает существенное влияние на среднюю плотность и прочность бетона, использование щебня кубовидной формы позволяет существенно улучшить физико-механические показатели бетонных изделий и дорожных покрытий (1).
Форма зерен щебня зависит от структуры горной породы и от типа используемого дробильного оборудования. Традиционные, широко применяемые щековые и конусные дробилки не позволяют получить щебень с содержанием зерен пластинчатой формы менее 25 %. Для снижении этого показателя в последнее время используются модернизированные конусные дробилки, а также дробилки ударного действия (роторные и молотковые), выход зерен кубической формы ч которых достигает 80-90 % [2-3]. Однако конусные дробилки по сравнению с дробилками ударного действия имеют большую энергоемкость, а последние при дроблении прочных пород имеют большой износ рабочих органов.
В настоящей работе исследовано влияние центробежно-ударного способа дробления на свойства получаемого щебня. Сущность метода заключается в том, что исходный материал подается на вращающийся разгонный элемент — ротор. Благодаря высокой окружной скорости (Солее 60 м/с) материал под действием центробежных сил смещается к внешней образующей ротора и выбрасывается на неподвижный корпус. В результате многочисленных ударов зерен материала между собой и о корпус происходит их разрушение. В данной работе использовалась опытно-промышленная центробежно-ударная дробилка ДЦ производительностью 2 т/ч, в которой производилось измельчение материала с наибольшей крупностью кусков 40 мм. Время нахождения исходного сырья в камере дробления составляет 2—Зс.
В качестве исходного материала использовали гранитный щебень, представляющий смесь фракций, и порфиритовый щебень фракции 20-40 мм, зерновой состав которых приведен в табл. 1,2 (соответственно).
Таблица 1.
Остаток, % | Размер отверстий контрольных сит, мм | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
40 | 20 | 10 | 5 | 2,5 | 1,25 | 0,63 | дно | |
Частный | 0 | 65,3 | 29 | 2,9 | 0,55 | 0,15 | 1 | 1,1 |
Полный | 0 | 65,3 | 94,3 | 97,2 | 97,75 | 97,9 | 98,9 | 100 |
Таблица 2.
Остаток, % | Размер отверстий контрольных сит, мм | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
40 | 20 | 10 | 5 | 2,5 | дно | |
Частный | 0 | 93,2 | 5,45 | 0,35 | 0,6 | 0,4 |
Полный | 0 | 93,2 | 98,65 | 99 | 99,6 | 100 |
Все испытания отобранных проб проведены в соответствии с ГОСТ 8269—76 «Щебень из естественного камня, гравий и щебень из гравия для строительных работ. Методы испытания». Поскольку в процессе дробления изменяется зерновой состав материала, то форма зерен щебня определялась на фракциях 5-10 и 10-20 мм. Зерновой состав полученных продуктов дроблении приведен в табл. 3, 4.
Таблица 3.
Остаток, % | Размер отверстий контрольных сит, мм | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
40 | 20 | 10 | 5 | 2,5 | 1,25 | 0,63 | дно | |
Частный | 0 | 16,56 | 41,9 | 20,4 | 9,92 | 5,49 | 4,23 | 1,5 |
Полный | 0 | 16,56 | 58,46 | 78,86 | 88,78 | 94,27 | 98,5 | 100 |
Таблица 4.
Остаток, % | Размер отверстий контрольных сит, мм | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
40 | 20 | 10 | 5 | 2,5 | дно | |
Частный | 0 | 14,9 | 35,7 | 26,4 | 21,7 | 1,3 |
Полный | 0 | 14,9 | 50,6 | 77 | 98,7 | 100 |
Как следует из данных таблиц 3 и 4, в получаемом щебне увеличивается содержание мелких фракций, так как дробление на опытно-промышленной установке проводилось без классификации готового продукта. Несмотря на возрастание доли мелких фракций в измельченном материале, происходит снижение в среднем в 6 раз количества зерен пластинчатой формы (рис. 1).
Щебень, полученный в результате центробежно-ударного дробления по форме относится к кубовидному, причем даже во фракции 5—10 мм выход таких зерен составляет не менее 88 %. Это связано с тем, что характер движения измельчаемого материала в указанной дробилке приводит к эффективному разрушению пластинчатых и игловатых зерен, имеющихся в исходном сырье, и соответствующему увеличению количества зерен кубовидной формы. Изменение формы зерен в получаемом материале закономерно сопровождается возрастанием прочности щебня, которая в зависимости от свойств горной породы увеличивается от 16 до 29%(рис. 2).
Кроме того, высокая дробимость исходного материала может быть обусловлена его разрушением по слабым местам. В процессе же центробежно-ударного измельчения число ослабленных мест в зернах кубовидной формы уменьшается, что также приводит к возрастанию прочности получаемого щебня.
Изменение формы зерен щебня в процессе измельчения сопровождается и изменением таких его показателей, как средняя и насыпная плотность (рис. 3), а также пустотность.
Как следует из данных рис. 3, наблюдается увеличение средней и насыпной плотности дробленого материала, что закономерно приводит к уменьшению его пустотности, которая для гранитного щебня снизилась с 46,8 до 45,6%, а для порфиритового щебня с 48,1 до 46,2 %.
Полученные в настоящем исследовании результаты подтверждаются опытом эксплуатации центробежно-ударной дробилки в составе дробильного комплекса производительностью 250 т/ч для получения гранитного щебня в г. Микашевичи (Республика Беларусь). Получаемый на этом комплексе гранитный щебень фракций 0—5, 5—10 и 10-16 мм имеет содержание зерен пластинчатой формы не более 8 %.
Технология получения кубовидного щебня с использованием центробежно-ударного измельчения для комплекса в г. Микашевичи разработана в 1996 г. Ассоциацией предприятий: НПО «Центр» (Республика Беларусь), АОЗТ «Урал-Омега» (г. Магнитогорск), АО «УралмеханобрИнжиниринг» (г. Екатеринбург). Ассоциация предприятий разрабатывает и поставляет центробежно-ударные дробилки и другое оборудование для измельчения и классификации нерудных материалов по заказам заинтересованных предприятий.
Список литературы
- Ахвердов И. И. Физика бетона. М.: Стройиздат. 1981.
- Дубов В. А., Ларина В. Ф., Левченко И. П. Технология производства высокомарочного мелкого щебня // Строит. материалы. 1984. №3.
- Козлов Ю. С., Аржанов В. И., Муйземнек Ю. А. Повышение качества щебня на нерудных предприятиях Уральского региона // Строит. материалы. 1997. № 2.
