Карьерный песок — сопутствующий ценный материал

По объемам потребления песок — третий после воздуха и воды природный продукт на планете. Ежегодно песка используют около 25 млрд тонн. Наибольшее количество этого заполнителя идет на изготовление строительных материалов — бетона и асфальта. Чтобы покрыть дефицит, добычу каждый год увеличивают примерно на 5%.

Казалось бы все просто: бери в пустынях сколько хочешь! Ведь в Сахаре средняя толщина песчаного покрова 150 м, а в пустыне Намиб, где высокие дюны, достигает 400 метров. Но, к сожалению, виды песка не равноценны. Те, что взять легко, не подходят в качестве строительных заполнителей.

Причина проста: тысячи лет песок двигался: перемещался и перемешивался. Песчинки терлись одна об одну, углы и выступы стерлись. Гранулы стали круглыми, гладкими и очень мелкими. Они плохо держатся в смесях. Такой песок для бетона не подходит. Он получается низкой прочности. Поэтому, например, для сооружения 828-метровой башни Бурдж-Халифа, разместившийся среди песков, Дубай импортировал материал из Австралии.

Виды песка

Существует три основных способа классификации этих материалов:

1. По происхождению их разделяют на природные и пески из отсевов дробления. Природные пески геологи относят к обломочным осадочным породам. Образовались они как монолитные плиты. А потом под действием природных факторов измельчились. Такие пески есть и на суше, и под водой. Песок из отсевов дробления получают путем дробления щебня и гравия тех же пород.
2. По способам добычи. Речной или морской — добытый со дна рек и морей. Горный или карьерный — песок, который добывают в карьерах. Технология добычи песка зависит от места, где он залегает. Например, если он лежит на дне, то его добывают драглайнами, землечерпалками, плавучими землесосными снарядами.

Карьерный песок — это составляющая отсева, который возникает при добыче камня. Ведь каменные плиты часто имеют много метровую толщину и занимают большие площади. Приемлемую по размерам для перевозки и дальнейшего дробления горную массу добывают, используя буровзрывной метод.

Когда после взрыва остается негабарит, его разбивают с помощью гидромолота.

При переработке горной массы в щебень, на дробилках также образуется отсев. Он состоит из очень разных по размерам частиц. Например, в гранитном есть мелкая пыль и частицы основного материала от 2 мм и больше. Удельная доля отсева немалая: в гранитных карьерах она достигает 35%. Фракции щебня от 5 до 70 мм считаются крупными, меньшие по размеру — мелкими.

3. По способам обработки песок бывает природный и произведенный. Произведенный получают целенаправленным дроблением щебня и гравия в дробилках. Для производства песка применяют роторные дробилки, чаще всего такую их разновидность, как центробежные. Песок из отсевов дробления — один из сопутствующих продуктов производства щебня.

Свойства каръерного песка

В зависимости от породы, из которой образовался, песок бывает кварцевый, перлитовый и шлаковый. Как правило, эти породы уже измельченные. Поэтому такой горный песок добывают, черпая экскаватором или погрузчиком. Из более твердых пород песок получают дроблением и отбором фракций отсева. К твердым относится следующие виды песка:

• гранитный;
• мраморный;
• известковый;
• серпентинитовый;
• диоритовый;
• габбро.

Для использования в строительстве нет разницы, какого происхождения заполнитель. Важны его физические и химические свойства. Качество этого заполнителя определены ДСТУ Б В.2.7-210:2010 «Песок из отсевов дробления изверженных горных пород для строительных работ».

Материал имеет разную форму зерен, размеры и состав. Песок состоит из зерен основного материала и примесей. Размеры частиц карьерного песка бывают мелкие (0,16-2 мм), средние (2-2,8) и крупные — до 5 мм. В зависимости от того, из каких минералов образовался, он бывает желтый, серый, красный, бурый, белый.

Чем отличается речной песок от карьерного

Главная разница между карьерным и речным песком — в примесях. В речном их меньше: например, глины не более 1%. В карьерном ее содержание может достигать 10%. Глина делает материал пластичным. Органические частицы уменьшают прочность бетона, а еще и могут привести к брожению строительного раствора. То есть, вспенить материал, насытить пузырьками газа. От этого значительно уменьшается механическая прочность и сокращается срок службы. Ведь через отверстия в толщу будет попадать вода. Замерзая зимой, лед будет расширяться и рвать монолит.

Чтобы привести физико-химические свойства в соответствие со стандартом, песок очищают. Просеивают на грохотах или других классификаторах (гравитационных, инерционных, центробежных), обогащают.

Удельный вес примесей в фракционированном песке — несколько процентов. А максимальную чистоту обеспечивает мойка. Она уменьшает содержание включений до 0,3%. О способах производства намывного песка ЗАПОВНЮВАЧІ писали в статье “Мытый песок и другие заполнители”. После очистки получают строительный карьерный песок.

Основные технические характеристики песка, от которых зависит его применение

При выборе песка для конкретного применения приходится учитывать множество факторов. Прежде всего, следует отметить, что песок в строительных материалах — не разбавитель, не наполнитель, а именно заполнитель. Его частицы нужны, чтобы не было пустот между ними. А смесью из вяжущего и воды надо заполнить пустоты между всеми фракциями заполнителя. Тогда структура бетона будет плотная. 

Но мало получить просто плотный материал. Чтобы иметь твердость, сопротивляться сдвигу и растяжению, он должен быть монолитным. То есть смесь цемента и воды должна окутать и склеить поверхности всех частиц. Чем меньше суммарная поверхность частиц, тем меньше расход дорогостоящих вяжущих.

У песка есть важная характеристика — гранулометрический состав. То есть, наличие и соотношение количества гранул разной величины. Естественно, что площадь поверхности частиц правильной формы пропорциональна квадрату их линейных размеров. Отсюда — логический вывод: чем крупнее частицы, тем меньше площадь, приходящаяся на единицу массы. Поэтому для характеристики песка применяется еще один показатель — модуль крупности (Мк). Он равен сумме полных остатков зерен различных размеров на стандартных ситах, деленной на 100. Чем выше Мк, тем меньше удельная площадь поверхности заполнителя. Значит, чем больше Мк, тем меньше удельный расход вяжущих. Как правило, у речного песка Мк=0,7-1,5, а песок из отсева можно получить с Мк=2,5-2,8.

Площадь зерен также зависит от формы гранул. У шарообразных она наименьшая, но и суммарное сцепление с вяжущим минимальное.  Именно из-за шарообразной формы частиц следы на песке в пустыне тут же расплываются. А следы астронавтов на Луне сохранятся неизменными тысячелетия — у лунных песчинок цепкие грани. Но это не значит, что из плоских, игольчатых или звездообразных частиц получится прочный бетон. Наоборот, гранулы сложной формы слишком хрупкие. Они хорошо сцепляются, но легко разрушаются. Наилучшее соотношение массы, площади и прочности — у кубовидных частиц. Таких больше всего выдают центробежные дробилки.

Материал с примесями используется довольно ограничено. Песок, содержащий глину, применяется для посыпки дорожек, засыпки траншей и выравнивания площадок. Фракционированный песок используют при изготовлении штукатурки, цементного раствора и литье фундаментов.

А для изготовления бетона и железобетона нужен крупный, чистый и прочный заполнитель. Это намывной песок. Прочнее и экономичнее всех остальных — полученный на центробежной дробилке карьерный мытый песок. Он выдерживает давление около 800 кг/см 2. Такой материал также подходит для производства кирпича, бордюров, тротуарной плитки и т. п. Удельный вес мелких фракций составляет 1700-1800 кг/м 3. Плотность карьерного песка среднего и крупного несколько меньше — 1500-1600 кг\м 3. 

Конкурентная цена, большое количество месторождений и высокие потребительские качества делают мытый карьерный песок ценным и доступным для использования.