�спользование фракционированных песков — резерв снижения стоимости строительства

�сследованиями отечественных и зарубежных ученых показано, что именно песок как заполнитель, удельная поверхность и пустотность которого, в первую очередь, определяет расход цементного теста и, следовательно, цемента в бетоне, должен быть подвергнут переработке. В настоящее время нет единого мнения о том, каковы должны быть критерии качества песка для изготовления железобетонных конструкций. Приемлемым считаются пески, соответствующие стандарту, а лучшими из них — крупные пески, причем основным показателем, используемым для оценки качества, является модуль крупности. В то же время различными исследованиями неоднократно указывалось, что при одинаковом модуле крупности удельная поверхность песков может отличаться в 1,5—1,8 раза и что модуль крупности не может служить надежной оценкой качества песка. Приблизительность используемых критериев, отсутствие привязки качества песка к классу бетона и техническим возможностям формирующего оборудования не дают возможности оптимизировать состав песка, а использование необработанных песков приводит к значительному перерасходу цемента и снижению качества бетона. За использование необработанных заполнителей приходится платить дважды: во-первых, за случайный гранулометрический состав, наличие примесей и др., во-вторых, за нестабильность технологического процесса в связи с постоянно меняющимися характеристиками заполнителей, даже получаемыми от одного поставщика, сегрегацией песка в процессе разгрузки и др. Песок имеет также случайную влажность, которую, из-за отсутствия экспрессных методов определения ее в потоке, приходится устанавливать органолептически оператору бетоносмесительного узла. Все это приводит к повышению стоимости бетона в связи с увеличением расхода цемента на 10—20%. В отдельных случаях, например при изготовлении конструкций из песчаного бетона, перерасход цемента (по сравнению с использованием песка оптимального граносостава) составляет 80—140 кг/куб. м, или до 30%. Но и для массовых случаев в тяжелых бетонах увеличение расхода цемента в среднем на 15% — совершенно недопустимая величина. Одним из следствий применения песка без дополнительной обработки является поставка смерзшегося песка, разгрузка которого приводит к серьезным трудностям для заводов — использованию бурорыхлительных машин и др. Кроме того, смерзшиеся комья песка не могут быть непосредственно использованы в технологическом процессе. Перерасход цемента в границах 15% при использовании необработанных речных, карьерных песков неоднократно подтверждался теоретическими и экспериментальными работами отечественных и зарубежных ученых, а также практикой бетонных работ за рубежом, где это положение отражено в нормативных документах по технологии бетона. Как известно, в подавляющем большинстве случаев за рубежом на заводы и стройки поставляются мытые сухие фракционированные (разделенные на 4—5 фракций) пески, что позволяет для каждой марки бетона и каждой удобоукладываемости бетонной смеси использовать оптимальный фракционный состав заполнителей. Соответственно, бетоносмесительные узлы заводов снабжены емкостями для хранения отдельных фракций песка и щебня, трактами подачи, управляемой компьютерной системой дозировки. Причинами, по которым в России не используются фракционированные пески, являются, с одной стороны, неготовность потребителей принять, обработать и ввести в бетонную смесь несколько отдельных фракций песка, с другой — неготовность карьеров выпускать фракционированные пески из-за отсутствия спроса, а также серийного оборудования для их классификации. В действительности такое оборудование уже давно разработано (например, институтом ВН��П�стромсырье), апробировано и хорошо себя зарекомендовало в опытно-промышленных установках. По существу, в настоящее время сложилась ситуация замкнутого круга, когда заводы, для того чтобы принять отдельные фракции заполнителя, нуждаются в реконструкции, а карьероуправления, ГОКи из-за отсутствия заказов не приобретают соответствующее оборудование для производства фракционированных песков. Сложность проблемы усугубляется тем, что использование указанного оборудования эффективно только при значительных объемах переработки заполнителя, а это означает необходимость поставки фракционированного песка, как минимум, на 3—4 завода. Если принять во внимание состояние промышленности нерудных материалов и при поставке фракционированного песка отказаться от принципа дифференциации гранулометрического состава для каждого вида бетона, а ограничиться некоторыми усредненными характеристиками песка, то для большинства бетонов, используемых в стройиндустрии, можно указать грансостав песка, по расходам цемента близкий к оптимальному. Получение песков указанной гранулометрии может быть организовано на карьере таким образом, что песок с требуемым соотношением фракций выдается в качестве готового продукта, а «лишние» фракции песка в разделенном виде накапливаются на картах намыва, откуда поставляются потребителям других видов бетонов и растворов, например для кладочных растворов, отделочных материалов, пенобетонов. Следует отметить, что получение песков фиксированного гранулометрического состава на определенном карьере имеет и дополнительный экономический аспект. Вряд ли стоит подвергать переработке песок, в основном состоящий из «ненужных» для требуемого бетона фракций. Таким образом, реальным выходом из создавшегося положения является приготовление фракционированного песка, состоящего из смеси определенных фракций, на карьере и поставка уже готового песка потребителю. Тогда потребитель работает в рамках существующего технологического процесса и не нуждается в установке дополнительного оборудования. Разумеется, карьер, который должен установить оборудование по переработке песка (бункера, пульповоды, классификаторы, сгустители, обезвоживатели), должен компенсировать затраты увеличением стоимости песка. Ориентировочное увеличение стоимости фракционированного песка составляет 20—25% стоимости мытого песка, или дополнительно около 12 руб./куб. м. Стоимость сэкономленного цемента для московского региона не ниже 40 руб./куб. м, а в отдельных случаях эта цифра может превышать 80 руб./куб. м. Кроме того, существенна возможность стабилизации технологического процесса производства бетона. Классификация песка может сопровождаться использованием обезвоживателей, позволяющих получать песок с фиксированной влажностью, не превышающей 3%. �спользование песка с фиксированной влажностью позволяет отказаться от ориентировочных методов оценки водосодержания бетонной смеси и установить весовую дозировку воды. Это, в свою очередь, приведет к дополнительной экономии цемента. Был разработан расчетный аппарат, позволяющий оценить качество используемого песка по его гранулометрическому составу, форме зерен, количеству примесей и др. Очевидно, что критерием качества песка для бетона должна быть стоимость бетона на указанном песке, однако в качестве промежуточного достаточного критерия оптимизации был принят расход цемента в куб. м бетонной смеси. Поскольку помимо указанных выше характеристик песка расход цемента определяется маркой (классом) бетона и удобоукладываемостью бетонной смеси, то зависимости, оценивающие качество песка, были построены как функция гранулометрии песка для конкретной марки бетона и удобоукладываемости бетонной смеси, и тогда они представлены в форме квадратного многочлена либо в виде номограмм (симплекс-диаграмм), позволяющих учесть весь комплекс факторов, влияющих на расход цемента. При разработке расчетного аппарата существенно как снижение количества факторов, используемых для оценки качества песка, так и возможность надежного их определения. Например, включение в число факторов удельной поверхности песка существенно упростило бы расчетный аппарат. Однако отсутствие лабораторной базы для определения удельной поверхности песка и приблизительность этой оценки (по Товарову) не позволяет включить в расчетный аппарат в качестве фактора этот показатель. Показано, что в качестве факторов следует принять результаты рассева песка по стандартным ситам — операция, постоянно выполняемая на заводах сборного железобетона, — а также прочность бетона (марку, класс) и удобоукладываемость бетонной смеси (ОК, жесткость) — характеристики, которые надежно могут быть определены в лаборатории завода. Ранжированием факторов, оценивающих свойства песка, установлено, что количество цементного теста в бетоне слитной структуры (с заполнением с избытком межзернового пространства заполнителя) на 82—90% определяется гранулометрией песка. Влияние же других факторов гораздо менее значимо. Так, влияние коэффициента формы (Кф) песка, зависящего, в основном, от его генезиса, было проанализировано и оценивается по расходу цемента не более чем в 1% при Кф, изменяющемся от 1,0 до 1,5. Расчетный аппарат, устанавливающий зависимость цемента от марки (класса) бетона, удобоукладываемости бетонной смеси и гранулометрии песка, позволяет решить две основные задачи: оценить качество предполагаемого к использованию песка (чаще всего параллельно с решением транспортной задачи) и установить гранулометрию «оптимального песка» для конкретного производства. Наличие расчетного аппарата позволяет также решить ряд промежуточных задач, например оптимизировать состав песка поставкой его с двух карьеров с последующим перемешиванием в процессе приготовления бетонной смеси, оценить целесообразность получения фракционированного песка на конкретном карьере и др. Выводы: 1. Разработан расчетный аппарат, позволяющий оценить качество песков, используемых при производстве бетона, а также установить оптимальный гранолуметрический состав песка. 2. Показано, что оптимальный грансостав зависит от марки бетона и удобоукладываемости бетонной смеси. 3. В связи с неготовностью заводов ЖБ� и ДСК к приемке и переработке песков, разделенных на фракции, предлагается организовать получение песка одного усредненного грансостава, близкого к оптимальному, непосредственно на карьере и использовать его при производстве бетонов основных строительных марок. 4. Не вошедшие в объем указанного песка фракции предлагается разместить раздельно на картах намыва для отправки производителям других видов бетонов и растворов. 5. В процесс классификации предлагается включить операцию обезвоживания, что позволяет получить песок с фиксированной низкой влажностью, а также исключить его смерзаемость. 6. �спользование фракционированного песка для большинства конструкций позволяет применить его в качестве единственного заполнителя в тяжелом бетоне. 7. Поставка фракционированного песка позволяет сократить расход цемента в тяжелом бетоне не менее чем на 50 кг/куб. м (для песчаных бетонов не менее чем на 100 кг/куб. м) при одновременном улучшении структурных характеристик материала.