Подготовка песка для бетона — резерв снижения стоимости строительства.
Отечественная промышленность по производству товарного бетона, заводы ЖБИ и ДСК, производящие сборный железобетон, используют в качестве заполнителей песок и щебень, как правило, не подвергавшиеся дополнительной обработке после их добычи. И если сама технология получения щебня включает дробление и сортировку материала, то есть позволяет поставлять, по крайней мере, две фракции крупного заполнителя, то добытый песок обычно никак не обрабатывается.
Между тем исследованиями отечественных и зарубежных ученых доказано, что от песка как основного носителя поверхности, гранулометрия которого определяет пустотность заполнителя, главным образом зависит расход цемента в бетоне. И поэтому природный песок должен быть в первую очередь подвергнут переработке.
В настоящее время нет единого мнения в вопросе о том, каковы должны быть критерии качества песка для изготовления железобетонных конструкций. Приемлемыми считаются пески, соответствующие стандарту, а лучшими из них — крупные пески. Основным критерием, используемым в России для оценки качества песков, является модуль крупности. В то же время различными исследователями 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 формующего оборудования не дают возможности оптимизировать состав песка, а использование необработанных песков приводит к перерасходу цемента и снижению качества бетона.
Песок имеет также постоянно меняющуюся от замеса к замесу влажность, которую из-за отсутствия экспрессных методов определения ее в потоке приходится устанавливать, как правило, органолептически. Занимается этим обычно оператор 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 грансостава) составляет 80-140 кг/м3, или до 30%. Но и среднее увеличение расхода цемента на 15% — совершенно недопустимая практика.
Одним из следствий применения песков без дополнительной обработки является поставка смерзшегося песка, разгрузка которого приводит к серьезным трудностям для заводов — к использованию бурорыхлительных машин и др. Причем проблемы не ограничиваются разгрузкой, так как смерзшиеся комья разгруженного 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 45 фракций) пески, что позволяет для каждой марки бетона в зависимости от ее удобоукладываемости использовать оптимальный фракционный состав заполнителей. Соответственно, бетоносмесительные узлы заводов снабжены емкостями для хранения отдельных фракций песка и щебня, трактами подачи, управляемой компьютером 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 доступного оборудования для их классификации.
По существу, в настоящее время сложилась ситуация замкнутого круга, когда заводы для того, чтобы принять отдельные фракции заполнителя, нуждаются в реконструкции, а карьероуправления и 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 34 крупных завода.
Если принять во внимание состояние отечественной промышленности нерудных материалов и при поставке фракционированного песка отказаться от принципа дифференциации гранулометрического состава для каждого вида бетона, то можно ограничиться некоторыми усредненными характеристиками грансостава песка. Для большинства бетонов, используемых в стройиндустрии, можно указать средний грансостав песка, близкий к оптимальному.
Получение песков указанной гранулометрии может быть организовано на карьере таким образом, что песок с требуемым соотношением фракций будет выдаваться в качестве готового продукта, а «лишние» фракции песка в разделенном виде — накапливаться на картах намыва. Оттуда они будут поставляться производителям других видов бетонов — сухих смесей, отделочных материалов, пенобетонов.
Таким образом, реальным выходом из создавшегося положения является приготовление на карьере фракционированного песка, состоящего из смеси определенных фракций, и поставка уже готового песка потребителю. Тогда потребитель будет работать в рамках существующего технологического процесса и не станет нуждаться в установке дополнительного оборудования.
Разумеется, карьер, который должен установить оборудование по переработке песка (бункера, пульповоды, классификаторы, сгустители, обезвоживатели), должен компенсировать затраты увеличением стоимости песка на 40-50 рублей за кубометр.
Кроме того, существенное значение имеет возможность стабилизации технологического процесса производства бетона. Классификация песка может сопровождаться использованием обезвоживателей, позволяющих получать песок с фиксированной влажностью, не превышающей 3%. Использование песка с такой влажностью исключает его смерзаемость и позволяет отказаться от ориентировочных методов оценки водосодержания бетонной смеси — установить весовую дозировку воды. Это, в свою очередь, приведет к дополнительной экономии цемента.
В рамках программы подготовки заполнителей для бетона разработан расчетный аппарат, позволяющий оценить качество используемого песка по его гранулометрическому составу в зависимости от марки (класса) бетона и удобоукладываемости бетонной смеси. Критерием оптимизации принят расход цемента на кубометр бетонной смеси.
Поставка фракционированного песка позволяет сократить расход цемента в тяжелом бетоне, в среднем, на 60 кг/м3 при одновременном улучшении структурных характеристик материала. Наличие расчетного аппарата позволяет решить ряд промежуточных задач, например, оптимизировать состав песка поставкой его с двух карьеров; оценить экономическую целесообразность получения фракционированного песка на конкретном карьере и др.
Использование фракционированного песка позволяет применять его в качестве единственного заполнителя в бетоне, не увеличивая расход цемента.