40. Промывка гравия

При гидромеханизированной добыче промывка гравия и удаление пылевидных, глинистых и илистых частиц осуществляется попутно. При сухой разработке месторождений добытый гравии может быть промыт

Барабанные грохоты используемые для одновременной промывки гравия, называются гравиемойками. Их применяют при небольшой загрязненности гравия главным образом пылевидными примесями.

Однако в ряде случаев гравий содержит трудноотмываемые глинистые примеси, для удаления которых необходима не только промывка водой, но и интенсивное механическое воздействие в специальных машинах. Например, в скруббер-бутаре крупный гравий обрабатывается при вращении барабана, облицованного изнутри стальными листами с шипами, в результате чего намокающая глинистая пленка сдирается с поверхности зерен. В корытной мойке, представляющей собой наклонное корыто с одним или двумя шнеками (вращающиеся валы с лопастями), это происходит при перемешивании гравия в водной среде. Корытные мойки получили широкое распространение на заводах нерудных строительных материалов. В серийно изготавливаемых корытных мойках К-12 и К-14 производительностью соответственно 70 и 100 м3/ч промывают материал крупностью до 40 мм. Время промывки 2 ... 3 мин, а расход воды 2,5 ... 3 м3/т.

В последнее время внедряются эффективные вибрационные промывочные машины с рабочими органами в виде труб, желобов или плоскостей. Вибромойки применяют преимущественно для промывки материала крупностью 20 ... 120 мм с содержанием средне- и труднопромывистых включений до 10 ... 12%. Производительность вибромоек 30 ... 70 м3/ч, расход воды 40 ... 100 м3/ч.

Промывка гравия осуществляется в перфорированных слегка наклонных желобах. Под действием вибрации гравий в желобах разрыхляется и, совершая винтообразное движение, перемещается к разгрузочному концу. При орошении сверху водой и взаимном трении зерен глинистые примеси смываются.

Исследования показали, что в некоторых случаях в промывочную воду целесообразно вводить синтетические ноющие средства. Эти поверхностно-; ктивные вещества улучшают качест-ю промывки заполнителей и уменьшают их остаточную влажность (по данным Ю. Р. Певзнера и А. В. Кучина в 215 раза), что важно в зимнее время, когда необходимо предотвратить смерзание зерен. В Ярославском политехническом институте разработана эффективная технология промывки заполнителей в вибромойках с водооборотной системой, позволяющей уменьшить расход воды в 20... 50 раз. Для интенсификации процесса осветления промывочной воды предложено вводить в нее поверхностно-активное вещество — поли-акриламид. По данным В. П. Зыковой и В. Б. Ратинова, остатки этого вещества на поверхности заполнителя, составляющие в бетонной смеси до 0,001% по отношению к расходу цемента, оказывают пластифицирующее действие, повышают прочность и морозостойкость бетона.

41. Обогащение гравия

Гравий часто не соответствует требованиям стандарта по содержанию слабых зерен, т. е. содержит их более 10%. Кроме того, остальные зерна гравия также не равнопрочны. Сортировка гравия по прочности зерен позволила бы выделить некоторую часть для использования в неответственных сооружениях, а оставшийся высокопрочный гравий можно было бы применить в качестве заполнителя более эффективно. Такой процесс обогащения гравия, а также и щебня можно осуществить косвенно несколькими способами: разделением по упругим свойствам, трению, плотности зерен и т. д.

Исходный гравий с помощью питателя распределяется монослоем (т. е. слоем в одно зерно) и сбрасывается вниз. Падая с определенной высоты на наклонную стальную плиту, зерна гравия в силу своей упругости отскакивают от нее под различным углом отражения, на отскакивают дальше, слабые — ближе и собираются, в отдельные бункера. Конечно, при этом значителен элемент случайности: дальность отскока зерен определяется не только их упругостью, но и формой, крупностью (отличающейся даже в пределах стандартной фракции) и тем, как зерно ударяется о плиту (плашмя или же ребром, углом). Но псе же вероятность попадания слабых зерен в бункер обогащенного гравия мала. Промышленный опыт свидетельствует о достаточной эффективности такого обогащения.

Простейшим приемом обогащения с использованием различия сил трения отдельных зерен является применение наклонных плоскостей, устанавливаемых несколько круче угла естественного откоса обогащаемого материала ( 5.16). В зависимости от скорости движения по наклонной плоскости зерна попадают в определенный бункер.

В институте «ВНИИЖелезобетон» разработан сепаратор, принцип действия которого основан на различии зерен как по силе трения, так и по упругим свойствам. Он представляет собой стальной цилиндр (барабан), вращающийся против потока материала ( 5.17).

Обогащаемый материал подается через направляющую воронку на барабан. Более прочные зерна отскакивают в одну сторону, а сравнительно слабые увлекаются барабаном в другую.

Разделение по плотности зерен, называемое также гравитационным, основано на том, что более прочные зерна, как правило, являются и более плотными, тяжелыми, а слабые — более пористыми, легкими.

К гравитационным методам относятся отсадка и обогащение в тяжелых средах. Принцип отсадки состоит в следующем. Если слой неоднородного материала встряхивать, то постепенно произойдет его расслоение — тяжелые зерна окажутся внизу, легкие— вверху ( 5.18). Это неизбежно, поскольку с расслоением центр тяжести системы перемещается вниз, т. е. ола теряет потенциальную энергию. Действительно, если, например, смесь состоит из равного числа тяжелых и легких зерен одинаковой крупности ( 5.18, а), то после достаточно энергичного и многократного встряхивания линия расслоения окажется посередине высоты ( 5.18, б)—на уровне первоначального положения центра тяжести. Новое же положение центра тяжести тем ниже, чем больше различие в плотности зерен нижнего и верхнего слоев.

В промышленных установках отсадка производится главным образом в водной среде. Отсадочные машины бывают с неподвижным или подвижным решетом.

Движением поршня или диафрагмы создается пуль-ация воды. Слой обогащаемого материала многократно разрыхляется восходящей струей воды и снова оседает. После расслоения атериал перемещается с разделением слоев.

Аналогичным образом происходит обогащение в отсадочных машинах с подвижным решетом ( 5.20), только в этом случае тносительное движение воды и обогащаемого материала создается пульсацией решета с помощью кривошипно-шатунного механизма.

Разделение в тяжелых средах еще проще и надежнее. Оно заключается в следующем. Если неоднородный по плотности зерен материал поместить в жидкость, плотность которой больше плотности легких зерен обогащаемого материала и меньше плотности

Для получения разделительных сред обычно готовят суспензии из воды с порошками магнетита (р=4,9...5,2 г/см3), ферросилиция (р=6,3 г/см3) или других тяжелых материалов. Материалы-утяжелители должны быть тонко размолоты, чтобы суспензия была стабильной, нерасслаиваемой.

Загружаемый в сепаратор гравий при вращении барабана перемещается встроенной в него спиралью. Потонувшие в суспензии зерна выдаются элеватором через лоток. Суспензия непрерывно поступает в барабан и сливается вместе с всплывшими зернами.

Важным этапом такой технологии является регенерация тяжелой суспензии. Если утяжелитель обладает магнитными свойствами (магнетит, ферросилиций), то его извлекают из сливающейся суспензии, а также и из воды после промывки продуктов обогащения с помощью магнитной сепарации, затем разводят водой до требуемой плотности и используют снова

Для того чтобы выбрать разделительную среду необходимой плотности и оценить целесообразность разделения гравия по плотности зерен, проводят лабораторные исследования представительных проб гравия. При разведении тетрабромэтана бензином можно получить смеси различной плотности для разделения гравия на классы путем отбора всплывающих и тонущих зерен. Щебень является продуктом дробления горных пород и активно используется в строительстве. Такое его использование сказывается на темпах добычи и внедрении новых технологических схем производства щебня. Кроме этого необходимо проводить мероприятия по улучшению свойств и характеристик – обогащение, потому как для месторождения горных пород характерна неоднородность камня. Базальт, габбро, гранит, известняки, доломиты, и другие горные породы являются сырьём для получения щебня. Иногда скопление валунов, которые были принесены ледниками и водными потоками, используются для производства щебня. В основном это крупные обломки высокопрочных горных пород.

Кроме того, щебень производят путём дробления крупных фракций гравия. Причём от общего количества производства, щебень из гравия составляет около двадцати процентов. Гравием именуют каменные обломки пород, крупность которых составляет от пяти до семидесяти миллиметров. Имея округлую форму, гравий, в ряде случаев, предпочтительнее щебня. К примеру, при производстве бетонных смесей.

Щебень из гравия должен иметь не менее восьмидесяти процентов дробленых зёрен по массе. Таковыми считаются зёрна, поверхность которых имеет сколы, размером не менее половины от общей площади. Требования, которые предъявляются к такому щебню, практически ни чем не отличаются от требований к щебню обычному.

42. ЩЕБЕНЬ

Технические требования

Технические требования к щебню предъявляемые в стандартах в отношении его фракционирования и зернового состава поставляемых фракций или их смесей аналогичны требованиям к гравию, изложенным выше

По ГОСТ 10268—80 предел прочности горной породы, используемой для производства щебня, должен быть выше заданного предела прочности бетона: не менее чем в 1,5 раза — для бетона с пределом прочности ниже 30 МПа; не менее чем в 2 раза — для бетона с пределом прочности 30 МПа и выше.

Щебень из изверженных горных пород, применяемый в качестве заполнителя для тяжелого бетона, должен иметь марку, соответствующую пределу прочности породы не ниже 80 МПа, из метаморфических пород — не ниже 60 МПа, из осадочных — не ниже 30 МПа.

Для гидротехнического бетона зоны переменного уровня воды должен применяться щебень из пород, предел прочности которых превышает предел прочности бетона не менее чем в 3 раза (для изверженных и метаморфических пород) или в 2,5 (для осадочных). Как следует из гл. 4, эти требования обеспечивают необходимую и достаточную для бетона прочность заполнителей с большим запасом.

Содержание зерен слабых пород в щебне допускается не более 10% (по массе), а для бетона ряда ответственных конструкций — не более 5%. Массовая доля отмучиваемых примесей в щебне из изверженных и метаморфических пород не должна превышать 1%, а в щебне из осадочных пород в ряде случаев (в зависимости от марки бетона и вида конструкций) —2(3) %

43.

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

а) щебень для устройства оснований дорожных одежд (любые, но преимущественно осадочные скальные и рыхлые горные породы с крупностью фракций 5 - 20, 20 - 40, 40 - 70, О - 40, 0 - 70 мм);

б) щебень для нижних слоев покрытий (метаморфические и изверженные горные породы с крупностью фракций 5 -20 и 20 - 40 мм);

в) щебень для верхних слоев покрытий из асфальтобетонных смесей типа А и поверхностной обработки (изверженные 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".

Производимый щебень фракций 5-20 мм обычно сильно закрупнен: так, рассевы показывают, что на сите с ячейками размером 12,5 мм содержание материала составляет обычно 70% и более. Это не позволяет из поставляемого материала подобрать оптимальный зерновой состав минеральной части асфальтобетонных смесей, что существенно ухудшает физико-механические характеристики асфальтобетона. Исследования Союздорнии, а также отечественный и зарубежный опыты 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 щебня сравнительно просто подобрать требуемые смеси оптимального зернового состава. Применение оптимальных смесей позволяет улучшить однородность контролируемых свойств асфальтобетона, увеличить его плотность и сдвигоустойчивость.

Поставляемый щебень фракции 5-20 мм в большинстве случаев содержит чрезмерное количество зерен лещадной формы - 25-40% и более, в то время, как было указано ранее в соответствии с действующей нормативно-технической документацией для верхних слоев асфальтобетонных покрытий, должен применяться кубовидный щебень, где содержание зерен лещадной формы не должно превышать 15%. Повышенное содержание зерен лещадной формы отрицательно влияет на удобоукладываемость и плотность асфальтобетонных смесей. Также следует учитывать, что зерна лещадной формы обладают меньшей механической прочностью по сравнению с кубовидными зернами щебня. Поэтому при строительстве (при укатке) и в процессе эксплуатации (под воздействием движущегося автотранспорта)зерна лещадной формы разрушаются, что может приводить к образованию свежих поверхностей не покрытых битумом. Эти места являются первичными очагами разрушения асфальтобетона при проникновении воды и действия затем попеременного замораживания-оттаивания.

Это также подтверждается исследованиями Союздорнии, где изучалась зависимость между дробимостью щебня в цилиндре и содержанием в нем зерен лещадной формы. Установлено, что с увеличением содержания в щебне (М 1200) зерен лещадной формы с 0 до 20% его дробимость увеличилась с 5 до 11%, то есть дробятся преимущественно зерна лещадной формы.

Щебень узких фракций кубовидной формы впервые в широких масштабах в России был применен для устройства верхних слоев асфальтобетонных покрытий при реконструкции МКАД. На начало строительства (1996 г.) выяснилось, что щебень узких фракций кубовидной формы в нашей стране в необходимых объемах не выпускается. Поэтому АО "Центрдорстрой", являющимся основным подрядчиком строительства, для выпуска этого щебня были закуплены три дробильно-сортировочные установки производительностью 150-250 т/час иностранного производства. Установки были смонтированы на промплощадках асфальтобетонных заводов и выпускали щебень фракции 5-10 и 10-15 мм с содержанием зерен лещадной формы в пределах 9-13%.

Представительные статистические данные показали, что асфальтобетонное покрытие на МКАД, устраиваемое с применением щебня узких фракций кубовидной формы, стало более сдвигоустойчивым. Среднее значение угла внутреннего трения асфальтобетона повысилось примерно на 1,5 градуса, а разброс этого показателя снизился почти в два раза. Среднее сопротивление сдвигу при расчетных условиях возросло с 0,789 до 0,840 МПа. При этом стандартный показатель прочности при сжатии при 50°С асфальтобетона повысился в среднем на 0,3 МПа и достиг величины 1,6 МПа.

Применение более качественного щебня на МКАД позволило предотвратить образование колеи в покрытии даже в форсмажорных случаях колонного движения и заторов автомобилей при высоких температурах и увеличить срок его службы.

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

Горные породы, применяемые в данном случае для получения щебня узких фракций кубовидной формы, состоят из нескольких минералов, представленных кристаллами, имеющими различную крупность. При дроблении такая горная порода разрушается по границам раздела между кристаллами. При этом установлено, что с увеличением размера кристаллов, при прочих разных условиях, выход щебня кубовидной формы также увеличивается. Метаморфические горные породы обычно характеризуются слоистой текстурой и при дроблении имеют естественную тенденцию расслаиваться на пластины (зерна лещадной формы).

Для получения щебня кубовидной формы обычно применяют специальные конусные дробилки или дробилки ударного действия. Последние позволяют получать щебень, форма зерен которого наиболее близка к кубовидной, но эти дробилки характеризуются значительными расходами на изнашиваемые части и повышенным выходом отсевов дробления. Дробилки ударного действия следует применять в том случае, если вопросам экономики не придают особого значения, а решающим фактором является форма зерен готового продукта.

Некоторого снижения содержания зерен лещадной формы в щебне можно добиться и при использовании обычных конусных дробилок. Для этого необходимо, чтобы при дроблении была, полностью заполнена камера дробления. При этом дробление происходит не только между конусами дробилки, но и между зернами материала, находящимися в камере дробления (дробление "в слое" или "в стесненных условиях"). Имеющиеся в исходном материале и образующиеся в процессе дробления зерна лещадной формы при этом, как механически наиболее слабые, разрушаются. Для осуществления этого процесса дробилка должна быть оборудована датчиком уровня материала в камере дробления, а также аккумулирующим бункером с питателем. При недостатке материала в камере дробления увеличивается скорость питателя и направляет необходимое количество материала в дробилку. При производстве щебня узких фракций кубовидной формы на действующих предприятиях нерудной промышленности необходимо учитывать следующее. Дробильно-сортировочное оборудование этих предприятий к настоящему времени физически значительно изношено и морально устарело.

Реконструкция дробильно-сортировочных предприятий связана с большими техническими и финансовыми трудностями (замена дробилок на последней стадии дробления, увеличение площадей грохочения, изменение внутренней транспортной системы, расширение складов готовой продукции и т.д.). Поэтому целесообразно наряду с реконструкцией щебнезаводов устраивать на промплощадках щебзаводов специальные открытые дробильно-сортировочные установки некапитального типа, предназначенные для получения щебня фракций 5-10, 10-15 и 15-20 мм с содержанием зерен лещадной формы не более 15%. Эти установки более дешевы по сравнению с капитальными и их можно смонтировать в течение одного-двух месяцев. В качестве исходного материала при этом можно использовать щебень фракций 20-40 и 40-70 мм. Технологическое оборудование (дробилки, грохота), применяемое в таких установках, в настоящее время выпускается как отечественными, так и зарубежными фирмами. При работе таких установок можно также учитывать сезонный спрос на щебень для дорожного строительства.

Как было сказано ранее, производство щебня узких фракций кубовидной формы в промышленных объемах было организовано в России в середине 90-х годов прошлого века.

Система управления обычно имеет несколько программ дробления, обеспечивая при этом автоматическое поддержание величины разгрузочной щели дробилки, что, в свою очередь, обеспечивает стабильный зерновой состав готовой продукции. Дробилки защищены от поломки при попадании недробимых (металлических) тел путем быстрого увеличения разгрузочной щели, которая автоматически восстанавливается до заданного размера после пропуска недробимого материала. Дробилки обычно работают "под завалом" за счет автоматической связи между питателем и дробилкой. Питатель включается при снижении уровня щебня в камере дробления. Работа "под завалом" способствует повышению степени кубовидности щебня.

К чести отечественных машиностроителей следует отметить, что за прошедший период, несмотря на сложное экономическое положение, они освоили выпуск дробильно-сортировочного оборудования для выпуска щебня кубовидной формы, стоимость которого в 1,5-2 раза ниже аналогичного по производительности и назначению оборудования зарубежных фирм. ОАО "Дробмаш" совместно с ЗАО НПЦ "Кибернетика" освоили выпуск дробильно-сортировочной линии на базе конусной дробилки ДРО-560 с автоматической системой управления САУ, выполняющей функции указанные выше. Дробилка имеет производительность 40 м3/час и в качестве исходного материала использует щебень крупностью 20-40 (70) и 40-70 мм.