Щебень – неорганический, чаще всего зернистый, довольно сыпучий материал, с крупными зернами, более 5мм, если по европейским меркам и нормам то выше 3мм. Щебень получают достаточно простым путем дробления различных горных пород, таких как гравий, валуны, и разнообразные попутно добываемые вмешивающиеся горные породы, или отходы от не кондиции. Также возможна переработка отходов предприятий горнодобывающей промышленности, иногда руд, цветных и черных металлов, иногда даже редких металлов различной металлургической промышленности. Также может быть использованы неметаллические ископаемые и другие разнообразные отрасли промышленности с дальнейшим рассевом оставшихся продуктов полученных после дробления.

Оборудование для производства щебня

В производстве применяется всего три вида оборудования: питатель, дробилка, грохот.

Питатель бывает также двух видов: вибрационный и пластинчатый. Вибрационный питатель – это более осовремененный и инновационный инструмент, изобретенный и выпущенный не так уж давно и, следовательно, пока еще не вошедший точно и прочно в промышленное производство щебня. Но в будущем, предполагается, что производители перейдут и на его полное использование, так как применение и систематизированное использование данного оборудования или этого изобретения имеет довольно большой и широкий ряд положительных качеств, например, он, одновременно осуществляет различные возвратно-поступательные и направленные движения, которые всегда осуществляются с помощью очень сильного и мощного электромагнитного вибратора, а, следовательно, порода транспортируется путем и методом скольжения по поверхности ленты автоматизированного устройства. В отличие от вибрационного, пластинчатый питатель – это своеобразное полотно в виде круга из нескольких специальных пластинчатых деталей и элементов, которые друг с другом соединяются с помощью небольших шарниров.

Дробилка для производства щебня имеет также несколько видов. Это центробежная дробилка, и конусная, а также щековая, и роторная дробилки. Щековая дробилка чаще всего применяется в качестве различного технологического оборудования в первичной стадии дробления. Процесс же работы, такой как роторной дробилки, основан на ее ударном действии. Элемент ротора крутится на высокой скорости, а на нем неподвижно закрепляется специальная дробильная пила. В конусной дробилке также располагаются специальные конусные мощные брони. Одна из таких броней установлена на неподвижной и несъемной части приспособления. Процесс дробления именно основан на процессе свойственного ей качания подвижной брони внутри одной неподвижной, при помощи вала-эксцентрика.

Грохот используется для специфической сортировки щебня, а именно после всех стадий дробления. Грохот используют для того, чтобы отсортировать крупный, средний и мелкий щебень по разным частям камеры. После того как грохот отсортирует щебень, его также используют для того чтобы разделить его по уровню качества. В устройстве грохота применяется несколько различных сит и несколько уровней сортировки.

Технология производства щебня + видео как делают

Щебень достаточно популярный в строительстве материал, который используют для самых разнообразных и разносторонних целей. Без этого материала нельзя никак обойтись при прокладке различных автомобильных дорог и даже железнодорожных путей. На сегодняшний день при наличии высокотехнологичного оборудования, щебень добывают в местах с залежами нерудных и рудных ископаемых ресурсов. Можно сказать, что щебень довольно таки универсальный материал особенно для строительства. Поэтому от качества и качественных характеристик данного универсального материала будет зависеть и результат и качество и износостойкость дальнейшей постройки или, к примеру, дороги.

Схема и система производства щебня, как правило, в основном включает в себя дробление той или иной различных пород рудных и нерудных ископаемых горных ресурсов. Наиболее качественным и износостойким считается и является щебень из наиболее твердых пород ископаемых. Как правило, данные и информация, которые являются основополагающими и главенствующими при разработке проекта главное технологической линии по дроблению, и измельчению, а также по производству именно готового щебня, это итоговый, конечный требуемый от промышленности, результат.

На данный момент выведено всего два этапа. В принципе технология производства довольно простая по сравнению с другими строительными или универсальными материалами для строительства. Итак, два этапа производства: добыча самого сырья, то есть горной породы и переработка его. В отличие от первого этапа, второй имеет подпункты: первичная обработка, вторичное дроблении и рассортировка полученного материала по различным категориям мелкости и крупности.

Стадии производства:

• первичная стадия, в момент которой горная порода транспортируется в специальный предназначенный именно для этого бункер или камеру, которая регулирует подачи материала на дробилку;
• вторичная стадия предполагает транспортировку или передачу полученного материала после первой дробилки на вторую дробилку, где сырье перерабатывают на более мелкий, готовый материал;
• третья стадия обработки щебня предполагает подачу готового материала на грохот, то есть машину, которая сортирует материал на различные виды и размеры.

Видео как делают щебень:

На сегодняшний день большая часть процессов практически автоматизированы.

Щебень окружает нас практически повсюду и мы ежедневно взаимодействуем со многими объектами, построенными с его помощью. Например, передвигаясь за рулем автомобиля по асфальтированной дороге в основании которой как раз лежит наш «герой». Но очень немногие задумываются о том, что же такое щебень, как его добывают и производят. Наша серия статей под названием «Производство щебня» создана для людей, которые хотят купить щебень, но перед покупкой подробнее узнать о технологических процессах, применяемых при его получении. Мы начнем рассказ, разумеется, с самого первого этапа – добычи.

Интереснейшее видео о проведении подрывных работ с помощью управляемых взрывов

Как добывают щебень? Об этом наша статья. По своей сути щебень является переработанной горной породой. Таким образом добыча происходит в местах наличия этих самых горных пород. Наиболее популярными минеральными агрегатами являются гранит, известняк и гравий. Легко догадаться, что из гравия получают щебень гравийный. В России одним из лидирующих регионов по добыче является Карелия. Карельский щебень гранитный, цена которого является одной из самых низких, очень востребован в Москве и Московской области. Доставка щебня в большинстве случаев осуществляется с помощью железнодорожного транспорта.

Непосредственно перед самой добычей, горную породу зачастую необходимо очистить от находящегося на ее поверхности слоя растительного происхождения, а также различных песчаных и глиняных сред. У данного процесса существует специальное название – вскрышивание, а производится оно с помощью строительной техники, такой как бульдозеры и экскаваторы.

Добычу материала, после проведения подготовительных работ, в основном производят открытым способом, с помощью специалистов-взрывотехников, осуществляющих подрывные работы. Может показаться, что в этой процедуре нет ничего сложного, но это является заблуждением. Необходимо с высокой точностью произвести все расчеты перед бурением отверстий и закладыванием туда взрывчатки, чтобы куски, отделяемые от общей массы не были излишне малыми или наоборот огромными. Если образовавшиеся после взрыва куски имеют слишком большой размер, то производится их повторный подрыв, что занимаем больше времени, а время – это деньги. Поэтому наличие высококвалифицированных подрывников уже на начальном этапе способно если не сократить, то как минимум не увеличить издержки производства.

В качестве взрывчатого вещества в большинстве случаев используется тротил. Взрывчатка закладывается сразу в нескольких местах горной породы и после отвода персонала и техники на безопасное расстояние производится ее массовая детонация. При грамотно рассчитанном подрыве, порода распадается на куски относительно небольших размеров, которые с помощью экскаваторов загружаются в кузов карьерных автосамосвалов и направляются на последующую переработку с целью получения щебня необходимых фракций. Зачастую, первичная, либо полная переработка горной породы для производства, например щебня известнякового, может происходить прямо на участке добычи, о чем Вы узнаете из следующей статьи.

Наша компания предлагает Вам купить щебень выгодно. Мы сотрудничаем с крупнейшими карьерами, что позволяет нам быть одними из лидеров и продавать щебень, стоимость которого одна из самых доступных на рынке. В зависимости от потребностей, специалисты компании организуют доставку щебня машинами или поставку вагонами ЖД. При наличии собственного автопарка, Вы можете забрать щебень самовывозом напрямую с перевалки. С нетерпением ждем сотрудничества!

Добыча щебня в России осуществляется в большинстве регионов. Это обусловлено широким распространением данного материала. Щебень выгоднее покупать в непосредственной близости, так как транспортировка увеличивает итоговую стоимость почти на 40 %.
Сейчас карьеры по добыче щебня находятся под управлением более чем 200 предприятий по всей стране. Подавляющая часть разработок ведется крупными компаниям, владеющими несколькими добывающе-перерабатывающими комплексами. После осложнений в 2015, когда объемы добычи и спрос сократились почти на 20 %, на рынке остались организации, обладающие развитой инфраструктурой. Результатом стало значительное сокращение числа собственников.

Карьеры по добыче щебня

Щебень – нерудный материал, добываемый методом дробления твердых пород. Его месторождения находятся по всей территории РФ, что облегчает выбор ближайшего источника.
Объемы потребления данного материала увеличиваются вслед за ростом числа дорожных проектов федерального уровня. Сейчас карьеры обеспечивают добычу и производство щебня для удовлетворения нужд всех отечественных потребителей.
Не так давно часть материала отправляли на экспорт. Но с 2015 года объемы продаваемого за рубеж щебня снизились. Только за один год они уменьшились в 5 раз.
Чтобы купить этот нерудный материал, не обязательно искать адреса карьеров по добыче щебня. Это обусловлено тем, что производственные процессы могут проходить в разных местах. Например, каменный бут получают на разработке, а обрабатывают на заводе, расположенном в нескольких десятках километров. В результате выбирать самый близкий карьер для закупки может быть невыгодно.
При выборе поставщика следует учесть, что на месторождениях щебень существенно различается по своим характеристикам и материалу. Наиболее востребованные виды – данного материала – гранитный и известковый. Но существует ряд других разновидностей, используемых в строительстве, дорожных работах и благоустройстве территорий.

Виды щебня

Наиболее прочный и дорогостоящий – гранитный щебень. Он демонстрирует высокую стойкость к перепадам температур, воздействию влаги и давлению. Его задействуют в процессе изготовления ответственных ЖБИ, возведения самых прочных дорожных покрытий и сооружений.
Как место добычи гранитного щебня многим хорошо известна Карелия. В этой республике добывают габбро-диабаз, обладающий высокими эстетическими характеристиками.
Добыча щебня в России известнякового и гравийного происхождения развита существенно лучше. Это обусловлено более широким распространением исходных пород. Они обладают менее выдающимися характеристиками по сравнению с гранитным аналогом, но отлично подходят для бытового строительства, организации балластной подушки железных дорог и формирования закрытых дренажей.
Более простая добыча и распространенность делают гравийный и известняковый виды щебня более доступными. Они подходят для проведения большинства работ, где не требуется сопротивление значительным нагрузкам (как от многоэтажных зданий, мостов, гидротехнических сооружений).
Помимо добычи осуществляется переработка щебня из строительного мусора. В результате получается доступный вторичный материал, который оптимально подходит для реализации черновых работ (например, засыпки котлованов и укрепления грунта под основанием). Его производят отдельные предприятия на территории РФ.

Добыча щебня

Добыча щебня проходит в несколько этапов. В первую очередь с поверхности месторождения удаляют землю и неподходящие породы. На этом этапе часто получают песчано-глиняную смесь, которая находит применение в строительстве во время вторичных работ.
Добыча щебня предприятием осуществляется с использованием специальных машин и станков, формирующих шурфы в породе. В эти отверстия закладывают взрывчатку для получения каменного бута – крупных осколков, на которые разрывается при взрыве монолит. Дальнейшие процессы обработки могут различаться по месту проведения.
Первичное дробление может проходить на территории карьера или перерабатывающего завода. Впоследствии каменный бут попадает в дробилку, откуда выходит материал первичной обработки.
После этого осуществляется повторное дробление и грохочение для разделения на фракции. В итоге получается рассортированный щебень с разными размерами зерен, а также гранотсев – смесь зерен разного размера, фракции которых меньше необходимых (вплоть до пылеватых).

Щебень – наиболее широко используемый продукт добычи и переработки нерудных строительных материалов.

Объемы производства щебня в мире превышают 3 млрд. м 3 в год. Интересной особенностью щебня как продукта, производимого из природного минерального сырья, является то, что цены на него во всем мире за последние 50 лет выросли в 2,5–3 раза. В то же время цены на большинство продуктов, производимых на базе минерального сырья (например, черные и цветные металлы), за это же время упали в 3–5 раз.

Кажущаяся простота производства щебня – дробление горных пород – обманчива, так как современные технологии производства строительных материалов и изделий на их основе предъявляют все более высокие требования к качеству щебня, используемого, в основном, как заполнитель при производстве бетонов, асфальтобетонов и дорожных покрытий.

Щебень для дорожного строительства

Щебень является одним из основных материалов, применяющихся для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. От его качества в значительной мере зависят их потребительские свойства (ровность, коэффициент сцепления и т.д.) и долговечность. Особенно это относится к щебню, применяемому для устройства верхних слоев дорожной одежды, непосредственно воспринимающих высокие механические нагрузки от движущегося транспорта, находящихся под воздействием природных факторов и антигололедных химических средств.

Щебень, применяемый в дорожном хозяйстве, условно можно разделить на три группы:

• щебень для устройства оснований дорожных одежд (любые, но преимущественно осадочные скальные и рыхлые горные породы с крупностью фракций 5–20, 20–40, 40–70, 0–40, 0–70 мм);
• щебень для нижних слоев покрытий (метаморфические и магматические горные породы с крупностью фракций 5–20 и 20–40 мм);
• щебень для верхних слоев покрытий из асфальтобетонных смесей типа А и поверхностной обработки (магматические и частично метаморфические горные породы крупностью щебня от 5 до 20 мм) с содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы не более 15% (группа 1 по ГОСТ 8267-93), который принято называть «кубовидным».

Общий объем производства каменных материалов (щебень, гравий, песок) в России в настоящее время составляет примерно 140 млн м 3 в год, причем примерно половина этого количества используется в дорожном строительстве.

За последние годы сформировался устойчивый спрос на щебень кубовидной формы со стороны дорожно-строительных организаций, но эта потребность в РФ сейчас удовлетворяется только на 30–40%.

В соответствии с президентской программой «Дороги России XXI века» СоюздорНИИ был произведен расчет потребности в дорожно-строительных материалах, в том числе в различных видах щебня. В таблице 1 приведена потребность в щебне узких фракций кубовидной формы из магматических горных пород для различных регионов России.

Наименование региона Значение потребности по годам и периодам 2001 г. 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г. 2001–05 гг. 2006–10 гг. 2011–20 гг. 2001–20 гг. Центр 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 12,5 25,8 96,6 134,9 Северо-Запад 1,1 1,1 1,2 1,2 1,3 5,9 10,6 38,88 55,3 Поволжье 1,7 1,8 1,9 1,9 2 9,3 16,2 70,3 95,8 Северный Кавказ 0,6 0,6 0,6 0,7 0,7 3,2 7,7 23,7 34,6 Урал 1,5 1,6 1,6 1,6 1,7 8 14,4 52,9 75,3 Сибирь 1,4 1,4 1,4 1,6 1,7 7,5 15,5 57,7 80,7 Дальний Восток 0,7 0,7 0,8 0,8 0,8 3,8 6,7 30 40,5 Всего щебня: 9,3 9,6 10 10,4 10,9 50,2 96,9 370 517,1 В среднем за год по периодам: 10 19,4 37 25,8

Таблица 1
Потребность в щебне узких фракций кубовидной формы (млн м 3) для развития сети автомобильных дорог по регионам России (2001 – 2020 гг.)

В настоящее время протяженность сети дорог общего пользования с твердым покрытием в России составляет около 600 тыс. км, и основная часть щебня кубовидной формы будет использована на их ремонт и содержание. Наибольшее количество всех видов щебня будет потребляться в Центральном регионе, где дорожное строительство ведется наиболее интенсивно.

Современная практика показывает, что щебень из магматических горных пород для дорожного строительства в нашей стране производится в основном на стационарных дробильно-сортировочных заводах, расположенных вблизи месторождений, главным образом на северо-западе России и на Урале.

Мобильная камнедробильная установка для получения кубовидного щебня на площадке ООО «ЭнСиСи Индустри» (Санкт-Петербург)

Анализ продукции, выпускаемой предприятиями нерудной промышленности, разрабатывающими месторождения магматических горных пород, показывает, что они в основном производят щебень в виде фракций 5–20 мм и 20–40 мм, в отдельных случаях – фракций 5–10, 10–20 и 5–15 мм. К щебню фракции 5–20 мм, используемой для приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий, имеются серьезные претензии со стороны дорожно-строительных организаций.

Производимый щебень фракции 5–20 мм обычно сильно закрупнен. Это не позволяет подобрать оптимальный зерновой состав минеральной части асфальтобетонных смесей, что существенно ухудшает физико-механические характеристики асфальтобетона. Исследования СоюздорНИИ, а также отечественный и зарубежный опыт строительства и эксплуатации автомобильных дорог позволили установить, что щебень для приготовления асфальтобетонных смесей для верхних слоев покрытий должен выпускаться в виде узких фракций (5–10, 10–15, 15–20 мм). Из узких фракций сравнительно просто подобрать требуемые смеси оптимального зернового состава.

Поставляемый щебень фракции 5–20 мм в большинстве случаев содержит чрезмерное количество зерен лещадной формы – 25–40% и более. Повышенное их содержание отрицательно влияет на удобоукладываемость и плотность асфальтобетонных смесей. Они обладают меньшей механической прочностью по сравнению с кубовидными и поэтому в процессе строительства и при эксплуатации дорог разрушаются, что может приводить к образованию поверхностей, не покрытых битумом. Эти места являются первичными очагами разрушения асфальтобетона при проникновении воды и действии затем попеременного замораживания-оттаивания.

Асфальтобетонные смеси на кубовидном щебне (группа I) обладают лучшей уплотняемостью по сравнению с щебнем групп II и V за счет взаимного перемещения и взаимозаклинивания зерен.

В связи с этим действующая нормативно-техническая документация ограничивает содержание в смесях зерен лещадной формы: 15% - для смесей типа А, 25% – типа Б, 35% - для смесей типа В.

Особенно отрицательно действие зерен лещадной формы проявляется при поверхностной обработке асфальтобетонных покрытий с использованием фракционированного щебня, когда при укладке материала разрушается большая часть таких зерен. В этом случае их содержание в щебне не должно превышать 10%.

Отрицательное воздействие на свойства асфальтобетона оказывает и повышенное количество пылевато-глинистых примесей, которые препятствуют контакту битума с поверхностью щебня. Поэтому их содержание не должно превышать: 1% – для приготовления асфальтобетонной смеси; 0,5% – для поверхностной обработки.

При формировании структуры асфальтобетона щебень является главным компонентом, определяющим устойчивость минерального остова. Лабораторными исследованиями установлено, что коэффициент внутреннего трения tg ц зависит от зернового состава асфальтобетона. На него практически не влияет вязкость применяемого битума и асфальтового вяжущего вещества. В асфальтобетонах с остаточной пористостью 3,0–3,5% коэффициент внутреннего трения возрастает при увеличении содержания кубовидных зерен щебня.

Высокие показатели внутреннего трения обеспечивают плотные асфальтобетоны типа А на основе дробленых каменных материалов и специальные многощебенистые составы, например щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) по ТУ 5718.030.01393697-99.

В щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесях высоко содержание прочного фракционированного щебня (70–80%) с улучшенной (кубовидной) формой зерен, что создает устойчивый каркас. Повышенное содержание минерального активированного порошка (8–15%) и битумного вяжущего (не менее 5,5%) значительно уменьшает количество пустот в уплотненном слое покрытия. Для структурирования и стабилизации битумного вяжущего рекомендуется вводить специальные стабилизирующие добавки, например волокна.

Структура ЩМА оптимально сочетает максимальную жесткость минерального остова и высокую пластичность асфальтового вяжущего. Повышенное содержание прочного кубовидного щебня призвано обеспечивать высокое сцепление с колесом автомобиля, шероховатость, сдвигоустойчивость и износостойкость покрытия, а увеличенное количество асфальтового вяжущего вещества (мастики) – повышать водо- и морозостойкость, водонепроницаемость, устойчивость к деформациям и усталостную стойкость защитного слоя. При устройстве шероховатых покрытий важно обеспечить повышенные требования к свойствам каменных материалов. Щебень должен быть изготовлен из горных пород, обладающих высокой износостойкостью, иметь кубовидную форму, быть однородным по прочности, трудношлифуемым и не иметь загрязняющих примесей. Содержание зерен лещадной формы в нем должно быть ограничено. Щебень должен обладать хорошо выраженной шероховатостью естественного скола, поэтому предпочтение отдается горным породам зернистой кристаллической структуры, а также породам, способным оставаться шероховатыми за счет компонентов разной твердости согласно ВСН 73-67.

Комплектная технологическая линия
на основе дробилки КИД-1200М на ОАО «Павловскгранит», Воронежская область

Для реконструкции Московской кольцевой автомобильной дороги (МКАД) АО «Центродорстрой» были использованы три дробильно-сортировочные установки фирмы «Сведала» и налажено производство улучшенного щебня из габбро-диабаза. Получаемый щебень фракции 5–10 и 10–15 мм с лещадностью менее 15% применяли в асфальтобетонной смеси типа А на полимерно-битумном вяжущем для устройства верхнего слоя покрытия взамен ранее использовавшегося гранитного щебня фракции 5–20 мм. По результатам контроля качества верхнего слоя покрытия МКАД можно судить о влиянии качества щебня на свойства асфальтобетона.

Асфальтобетонное покрытие стало более сдвигоустойчивым, хотя максимальная крупность применяемого в смеси щебня была снижена с 20 до 15 мм. Среднее значение угла внутреннего трения повысилось примерно на 1,5°, а разброс этого показателя снизился почти в 2 раза. Среднее сопротивление сдвигу при расчетных условиях для МКАД возросло с 0,789 до 0,840 МПа. При этом стандартный показатель прочности при сжатии при 50°С повысился в среднем на 0,3 МПа, а его вариация не превысила 12%.

Применение более качественного щебня в асфальтобетоне позволило снизить вероятность образования колеи в верхнем слое покрытия даже в форс-мажорных случаях колонного движения и заторов автомобилей.

Щебень для производства бетонов

Щебень как крупный заполнитель бетонов, образуя жесткий скелет, увеличивает его прочность и модуль деформации, уменьшает ползучесть, усадку, повышает его долговечность, сокращает расход цемента.

Мелкий заполнитель – песок – оказывает влияние на реологические свойства бетонной смеси – вязкость, предельное напряжение сдвига бетона, а также на его плотность.

Форма зерен крупного заполнителя непосредственно влияет на удобоукладываемость бетонной смеси. Кроме этого, щебень с зернами плоской (лещадной) или игловатой формы имеет значительно большую пустотность, чем щебень с зернами кубовидной формы. По данным ВНИИЖелезобетона, объемный насыпной вес щебня с содержанием зерен плоской и игловатой формы до 15% ниже, чем щебня с зернами кубовидной формы.

Объемный насыпной вес щебня, состоящего полностью из зерен плоской или игловатой формы, на 9–10% ниже, чем щебня с зернами кубовидной формы. Указанные факторы вызывают увеличение расхода цемента. Поэтому, хотя форма зерен крупного заполнителя, по данным ряда исследований, не оказывает значительного влияния на прочность бетона, ей должно быть уделено серьезное внимание.

В щебне для дорожного бетона содержание зерен плоской и игловатой формы допустимо до 25%, для асфальтобетона - до 15%, для оснований дорог (необработанных) – до 25%.

Следует отметить, что принятое ограничение содержания в щебне зерен плоской и игловатой формы с отношением большего и меньшего размеров выше 3 не полностью характеризует форму зерен. В этой связи представляет интерес принятая в некоторых зарубежных стандартах оценка формы зерен по так называемому «индексу формы», то есть среднему отношению наибольшего и наименьшего размеров зерен пробы. Такая оценка позволяет судить о форме всего количества зерен щебня.

По бельгийскому стандарту NB № 329, 1962 щебень подразделяется на три категории: обычный, недодробленный и передробленный кубической формы (табл. 2).

Размер фракций в мм Категория щебня обычный недодробленный передробленный кубической формы 8–16; 8–12; 12–16 0,275 0,39 0,45 16–22 0,275 0,425 0,485 22–40 0,35 0,425 – 40–63 0,35 – –

Таблица 2
Наименьшие значения «индекса формы» для различных категорий щебня (по бельгийскому стандарту NB № 329, 1962)

Как видно из данных таблицы, к обычному щебню практически не предъявляются требования к форме зерен (он может быть отнесен к щебню плоской и игловатой формы по нашим стандартам), но к щебню более высоких категорий требования к форме зерен довольно жесткие.

В ряде работ отмечается отрицательная роль плоских и удлиненных заполнителей, применение которых снижает прочность и повышает расход цемента, а также ухудшает морозостойкость бетона. С учетом этого при строительстве бетонного полотна автомобильных дорог должно быть обеспечено отсутствие в щебне кусков лещадной и игловатой формы, исходя из того, что бетонная смесь с такими заполнителями становится неудобоукладываемой, плохо уплотняется и в бетоне остаются раковины, борьба с которыми требует увеличения расхода цемента.

Для проверки влияния на параметры бетона наличия в щебне кусков лещадной формы в институте ВНИИЖелезобетон были выполнены исследования. В опытах использовался щебень из природных горных пород. Результаты показали, что прочность бетона по мере увеличения в щебне содержания кусков лещадной формы (до 50 и 100%), как правило, снижается с одновременным снижением объемного веса бетона, то есть при недоуплотнении бетонной смеси. Наличие в большом количестве (более 50%) щебня лещадной формы затрудняло уплотнение бетона, а это приводило к снижению прочности.

Отрицательное воздействие наличия в щебне более 50% кусков лещадной формы объясняется укладкой щебня в основном плашмя, черепицеобразно, что затрудняет взаимное скольжение смежных кусков и требует увеличения мощности вибрационного оборудования.

Сравнительные физико-механические свойства щебня различной лещадности приведены в табл. 3.

Таблица 3 Физико-механические свойства щебня различной лещадности

Щебень для балластного слоя на железнодорожных путях

Основным назначением балластного слоя является обеспечение вертикальной и горизонтальной устойчивости рельсошпальной решетки при динамических нагрузках.

Характер упрочнения балласта в процессе укладки и эксплуатации путей существенно зависит от начальной пустотности щебеночного каркаса, то есть от состава и формы зерен щебня. Предельная пустотность щебеночного балласта составляет 0,33–0,34, а начальная достигает 0,45–0,50, что вызвано в значительной степени наличием лещадных зерен. Лещадные и игловатые зерна ломаются под нагрузкой и повышают неравномерность осадки балласта при эксплуатации.

Отечественные стандарты на щебень для балласта требуют получения двух фракций – 25–60 мм и 5–25 мм, причем содержание зерен крупнее верхнего предела и менее нижнего предела не должно превышать 5%.

Повышение скорости движения поездов вызвало изменение требований к балласту, особенно по его горизонтальной устойчивости. В результате в отечественные стандарты было внесено требование по обеспечению кубовидности щебня – ограничение содержания лещадных зерен 18%.

Европейские стандарты также требуют ограничения лещадности щебня, используемого для железных дорог, на уровне 15–20%.

Технологии и оборудование для производства высококачественного щебня

При производстве щебня кубовидной формы необходимо учитывать, что форма зерен дробленого материала определяется текстурно-структурными особенностями исходной горной породы, используемым оборудованием и технологией переработки.

Форма зерен щебня зависит также от принципа работы дробильного агрегата. Оптимальная изометричная кубообразная форма создается в агрегатах ударного действия – молотковых, ударно-центробежных и отбойно-центробежных дробилках. Из раздавливающих камень агрегатов (щековые, валковые, стандартные конусные дробилки) получают щебень с высоким содержанием зерен лещадной и игловатой формы. Так, при дроблении песчаников в отбойно-центробежной дробилке ОЦД-100 лещадные и игловатые зерна составили 9–13% во фракции 5–10 мм и всего 4,6–5,3% – во фракции 10–20 мм, в то время как щебень из конусной дробилки СМ-561 содержал соответственно 53–55% и 39–50% таких зерен. В гранитном щебне из дробилки ОЦД-100 лещадных и игловатых зерен было только 6 и 2%, а в щебне из дробилки СМ-561 – соответственно 23 и 14%, т. е. в 4–7 раз больше.

Для получения щебня кубовидной формы обычно применяют специальные конусные дробилки или дробилки ударного действия. Последние позволяют получать щебень, форма зерен которого близка к кубовидной, но иногда и к окатанной, кроме того, они являются дорогими в эксплуатации и характеризуются повышенным выходом отсевов дробления.

Некоторого снижения содержания зерен лещадной формы в щебне можно добиться и при использовании стандартных конусных дробилок. Для этого необходимо, чтобы в процессе работы была полностью заполнена камера дробления. При этом измельчение происходит не только между конусами дробилки, но и между зернами материала, находящимися в камере (дробление «в слое» или «в стесненных условиях»). В таком случае имеющиеся в исходном материале и образующиеся в процессе дробления зерна лещадной формы, как механически наиболее слабые, разрушаются. Для осуществления этого процесса дробилка должна быть оборудована более мощным электродвигателем, датчиком уровня материала в камере дробления, а также аккумулирующим бункером с питателем.

Технология Стандартная конусная дробилка под завалом Стандартная конусная дробилка под завалом в замкнутом цикле Роторная молотковая дробилка Роторная центро-бежная дробилка Конусная вибро-инерционная дробилка Обеспе-чиваемая лещадность, % 25–40 15–30 10–20 5–15 10–15 Степень дробления 2,5–4 3–5 4–6 2–3 4–10 Диапазон крупности, мм питание 80 80 100 40–60 60–270 Диапазон крупности, мм готовый м-л 25 20 20 20 15–60 Выход отсева (−5мм) низкий высокий высокий высокий средний Удельная металло-емкость средняя высокая низкая низкая высокая Удельная энергоемкость низкая средняя высокая средняя низкая Примечания Резко возрастают транспортные потоки, снижение производи-тельности дробилки по готовому продукту Применение только на малопрочных неабразивных материалах Требует сравнительно мелкое питание Степень дробления может регулироваться без остановки машины

Таблица 4
Сравнительная характеристика различных технологий получения кубовидного щебня

В таблице 4 приводятся данные по применению различных типов дробильных агрегатов для производства щебня. На основании их анализа можно сделать заключение, что для получения кубовидного щебня необходимо обеспечить многократное дробящее воздействие на кусок породы, а разрушающая сила должна действовать не на раздавливание, а на сдвиг.

Основываясь на этих принципах, способы производства кубовидного щебня могут быть следующими (табл. 4):

• использование стандартных конусных дробилок, работающих «под завалом» в замкнутом цикле;
• использование роторных молотковых дробилок;
• использование роторных центробежных дробилок;
• использование дробилок, обеспечивающих многократное сдвиговое воздействие на дробимую породу – конусных виброинерционных дробилок.

Использование ударных и отражательных дробилок, в конечном счете, может рассматриваться как дополнительная операция дробления, назначение которой – исправление формы зерен без существенного сокращения размеров дробимого материала.

Дробильный комплекс
фирмы Zeppelin

Центробежные дробилки ударного типа с небольшими конструктивными отличиями изготавливают как в России, так и за рубежом. В России – это ассоциация «Урал-Центр», ЗАО «Новые технологии», ОАО «Дробмаш». За рубежом – фирма «Metso Minerals» (Финляндия), KRUPP, MARTIN STECKERT, FORSTER, SPILLE (Германия) и другие.

Центробежные дробилки-грануляторы могут принимать максимальный кусок не более 60–70 мм (лучше 40 мм) и производить кубовидный щебень фракции 5–20 мм с производительностью по питанию до 200 т/ч и выходом фракции менее 5 мм 35–50%.

По данным предприятия «Урал-Центр» назначение их дробилок – «последняя стадия дробления в трех- или четырехстадийных схемах дробления, определяющая качество конечного продукта. Максимальный линейный размер куска питания не должен превышать 70 мм. Питанием дробилки ДЦ является продукт конусных дробилок КСД или КМД согласно технологической схеме с контрольным грохочением по классу – 40 мм», то есть она фактически передрабливает горную массу крупностью менее 40 мм.

Разрушение дробимого материала «в слое» применительно к конусным дробилкам – сравнительно новый технологический метод, разработка которого принадлежит отечественной школе дезинтеграции.

Специалистами «Механобра» разработаны новые образцы дезинтегрирующего вибрационного оборудования, обеспечивающие принудительное самоизмельчение материала внутри собственного слоя под воздействием виброимпульсного сжатия с одновременным сдвигом при дозировании силы воздействия на слой материала по величине предела прочности дефектных поверхностей его структуры. Реализация таких принципов рационального разрушения осуществляется в конусных инерционных дробилках (КИД) и виброщековых дробилках (ВЩД).

Выводы

1. Срок службы дорог, построенных на кубовидном щебне в 2–2,5 раза больше, чем на щебне игловатой и пластинчатой формы. Кубовидный щебень образует устойчивую трехмерную структуру дорожного полотна, требует меньшего расхода вяжущих – цемента или битума. Лещадные частицы в процессе уплотнения ломаются, образуя «островки» лещадных зерен, что является причиной локальных разрушений дорожных покрытий.

2. Прочность бетона при использовании кубовидного щебня возрастает на 5–10% при одновременном уменьшении расхода цемента на 7–12% и снижении на 3–5% водопотребности бетонной смеси.

3. Стандартные щековые и конусные дробилки не обеспечивают получение щебня необходимой формы.

4. Ударно-центробежные дробилки-грануляторы обеспечивают снижение содержания лещадных зерен в дробленом щебне до требований стандартов, но могут быть использованы как дополнительная стадия дробления – «кубикатор».

5. Конусные инерционные дробилки обеспечивают получение кубовидного щебня в широком диапазоне крупности при минимальном числе стадий дробления.

Одним из самых распространенных продуктов переработки нерудных стройматериалов и их переработки является щебень. Ежегодно во всем мире производится до 3 млрд куб. м этого материала, и уникальной особенностью щебня является то, что цены на него за последние 50 лет выросли в 2-2,5 раза, в то время, как стоимость других материалов, также производимых на основе природного минерального сырья, упала в 3-5 раз. Однако такая ситуация имеет ряд причин: технологии производства щебня являются более совершенными и регулярно модернизируются, предполагая использование все более сложного оборудования и получение все более качественного материала.

Многие думают, что технология проста - обычное дробление горной породы. Однако на самом деле это не так. В производстве обязательно учитывается качество основы и качество самого будущего щебня, который будет использован для производства бетона или асфальтобетона, а также дорожных покрытий. Также особую роль играет назначение материала.

Самым качественным является щебень кубовидной формы, который производится с учетом текстурных и структурных особенностей исходной породы. Оборудование и технология переработки приспосабливаются к ней и позволяют создавать заданную форму зерен материала.

Для того, чтобы получить изометричную кубообразную форму, следует использовать такие дробилки, как:

• молотковые;
• отбойно-центробежные;
• ударно-центробежные.

При этом изначально камень будут раздавливать дробилки других типов - валковые, щековые, стандартные конусные (как правило, для материала кубовидной формы используются последние). Затем применяется указанное оборудование (лучший вариант - дробилки ударного действия, которые позволяют получать нужную форму зерен), которое и позволяет получить материал с определенным количеством игловатых и лещадных зерен:

1. При дроблении песчаника при помощи отбойно-центробежной дробилки модели ОЦД-100 игловатые и лещадные зерна составляют 9-13% (фракция 5-10 мм) или 4,5-5,3% (фракция 10-20 мм);
2. При дроблении исходной породы в конусной дробилке модели СМ-561 щебень содержит 53-55% лещадных и игловатых зерен (фракция 5-10 мм) и 40-50% аналогичных зерен во фракции 10-20 мм;
3. При дроблении гранита при помощи дробилки модели ОЦД-100 игловатых и лещадных зерен получается только 6% для фракции 5-10 мм и 2% для фракции 10-20 мм;
4. При дроблении гранита в дробилке СМ-561 в щебне можно найти, соответственно, 23% и 14% таких зерен.

Чтобы добиться снижения количества лещадных зерен в щебне, можно использовать стандартные конусные дробилки, в которых во время работы камера дробления должна быть полностью заполненной. Тогда измельчение будет происходить не только между конусами, но и между зернами самого материала, и в итоге лещадные зерна, имеющиеся в исходном материале и считающиеся более слабыми, будут разрушены. Производство такого типа требует соблюдения только одного условия - дробилка должна быть обязательно оснащена мощным электродвигателем, аккумулирующим бункером с питателем, а также датчиком уровня исходной породы в дробильной камере.

Технология	Стандартная конусная дробилка под завалом	Стандартная конусная дробилка под завалом в замкнутом цикле	Роторная молотковая дробилка	Роторная центро-бежная дробилка	Конусная вибро-инерционная дробилка
Обеспе-чиваемая лещадность, %	25-40	15-30	10-20	5-15	10-15
Степень дробления	2,5-4	3-5	4-6	2-3	4-10
Диапазон крупности, мм питание	80	80	100	40-60	60-270
Диапазон крупности, мм готовый м-л	25	20	20	20	15-60
Выход отсева (−5мм)	низкий	высокий	высокий	высокий	средний
Удельная металло-емкость	средняя	высокая	низкая	низкая	высокая
Удельная энергоемкость	низкая	средняя	высокая	средняя	низкая
Примечания		Резко возрастают транспортные потоки, снижение производи-тельности дробилки по готовому продукту	Применение только на малопрочных неабразивных материалах	Требует сравнительно мелкое питание	Степень дробления может регулироваться без остановки машины

Способы производства кубовидного щебня

Чтобы получить материал этого типа, следует обеспечить многократное дробление куска породы, причем разрушающая сила должна быть направлена на сдвиг, а не на раздавливание. Эта работа может выполняться несколькими способами, которые предполагают использование:

1. Стандартных конусных дробилок - работают в замкнутом цикле «под завалом»;
2. Роторных центробежных дробилок;
3. Роторных молотковых дробилок;
4. Дробилок, которые обеспечивают многократный сдвиг дробимой породы (как правило, к этому типу относится конусное виброинерционное оборудование).

Иногда можно дополнительно воспользоваться отражательными или ударными дробилками, однако их использование будет скорее дополнительной операцией дробления, которая позволит исправить форму зерен, не сокращая размеры исходной породы.

Если же говорить о конкретном оборудовании, то центробежные дробилки ударного типа изготавливают как российские, так и зарубежные производители. Среди российских можно выделить ассоциацию «Урал-Центр», ОАО «Дробмаш» и ЗАО «Новые технологи». Среди заграничных:

• финскую компанию Metso Minerals;
• SPILLE;
• KRUPP;
• FORSTER;
• MARTIN STECKERT.

Четыре последних - немецкие производители

Качественные центробежные дробилки-грануляторы могут работать с максимальными кусками, габариты которых не должны превышать 60-70 мм (идеальный вариант - 40 мм). Оборудование производит кубовидный щебень фр 5-20 мм , обладая производительностью по питанию 200 т/ч и давая выход фракции менее 5 мм на уровне 35-50%.

При этом, как свидетельствуют выводы компании «Урал-Центр», их оборудование предназначено для последней стадии дробления в 3- или 4-стадийных схемах. Эта стадия определяет качество конечного продукта, но при этом максимальный линейный размер куска не должен быть более 70 мм. Также следует учитывать, что продукт конусных дробилок КМД и КСД служит в качестве питания дробилки ДЦ в соответствии с технологической схемой контрольного грохочения по классу 40 мм. Другими словами, такое оборудование фактически еще раз перерабатывает полученную массу крупностью менее 40 мм.

Конусные дробилки могут разрушать дробимый материал «в слое» - это относительно новая технология, которая была разработана представителями отечественной школы дезинтеграции.

При этом специалисты «Механобра» разработали новые образцы оборудования, относящегося к дезинтегрирующему вибрационному типу и обеспечивающего принудительное самоизмельчение исходного материала внутри слоя. Производится такое измельчение под действием виброимпульсного сжатия и одновременного сдвига. При этом необходимо следить за тем, чтобы сила воздействия на слой материала по всей величине предела прочности любых дефектных поверхностей, имеющихся в его структуре, была дозированной. Эти принципы относятся к классу принципов рационального разрушения, и их реализация производится в виброщековых дробилках (модели ВЩД) и конусных инерционных дробилках (модели КИД).

Основные выводы

Дороги, построенные на кубовидном щебне, служат в 2-2,5 раза дольше, нежели те, которые были созданы на основе щебня пластинчатой или игловатой формы. Именно кубовидный материал образует стойкую трехмерную структуру покрытия и при этом требует меньше вяжущих компонентов (битума или цемента) в отличие от лещадных зерен, которые при уплотнении ломаются, образуя своеобразные «островки» и являясь причиной локальных разрушений покрытий.

Кроме того, кубовидный материал позволяет:

• повысить прочность бетона на 5-10%;
• уменьшить расход цемента на 7-12%;
• снизить водопотребность бетонной смеси на 3-5%.

Еще один вывод касается оборудования: стандартные конусные и щековые дробилки не позволяют получать щебень нужно формы. Следует использовать ударно-центробежные дробилки-грануляторы, которые позволяют снизить содержание лещадных зерен в готовом материале до нужных стандартов. С другой стороны, конусные инерционные дробилки могут обеспечить получение кубовидного щебня в широком диапазоне крупности, используя минимальное количество стадий дробления.

Доверенности