Строительные материалы

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Различный химический состав, физические параметры и свойства отходов, образуемых при добыче и обогащении руд, обусловливают и разнообразие получаемых на их основе строительных материалов. Основным направлением утилизации этой группы отходов является производство нерудных материалов, прежде всего заполнителей бетонов и растворов, дорожно-строительных материалов, бутового камня и др.

Щебень

Железисто-кварцитовый и кварцитовый щебень применяют для устройства подстилающих слоев и дорожного основания, а также в качестве крупного заполнителя цементных и асфальтовых дорожных бетонов. По своим физико-механическим свойствам железисто-кварцитовый щебень удовлетворяет требованиям к материалу для балластного слоя железнодорожных путей. Если пути оборудованы системой сигнализации, централизации и блокировки, то применение железисто-кварцитового щебня возможно только после исследования его магнитных свойств. Подобные исследования также необходимы при применении щебня из железистых кварцитов в гидротехническом бетоне повышенной морозостойкости.

Кварцитовый щебень из попутных пород при добыче железной руды получают на дробильно-сортировочных установках, а также с помощью сухой магнитной сепарации. Дробильно-сортировочная установка для получения щебня из железистых кварцитов ( 6.1) действует по следующей схеме. Ступенчатое дробление некондиционной руды выполняется на конусных дробилках с последующим разделением на фракции 0—20 и 20—40 мм. Из первой фракции грохочением отделяют фракцию 0—5 мм, которую отправляют на обогатительную фабрику для переработки в концентрат, а фракции 5—20, 20—40 мм пропускают через магнитный сепаратор, где от щебня отделяется руда.

Из железистых безрудных кварцитов можно получать кварцитовый щебень с марками по прочности Ml 100—Ml200. При средней плотности кварцитов около 3100 кг/м3, насыпная плотность щебня различна и зависит от зернового состава и содержания железистых минералов. Для фракции 5—20 мм она составляет 1450—1700 кг/м3; для фракции 20— 40 мм — 1400—1600 кг/м3. Железисто-кварцитовый щебень по содержанию пылевидных и глинистых частиц, лещадных и игловатых зерен, водопоглощению не отличается от гранитного.

Его морозостойкость составляет 150—300 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Бетоны на железисто-кварцитовом и гранитном щебнях близки по свойствам, но бетонам на железисто-кварцитовом щебне свойственна более низкая истираемость.

Применение в строительстве щебня из отходов добычи и обогащения руд дает значительный технико-экономический эффект.

Себестоимость 1 м3 щебня из попутных пород примерно на 40% ниже себестоимости гранитного, что обеспечивается снижением трудовых и материальных затрат, необходимых на строительство и освоение специальных карьеров, выполнение буровзрывных вскрышных и добычных работ, погрузку и транспортирование сырья, переработку и дробление горной массы, использованием существующих в основном производстве транспортных коммуникаций, сетей электроснабжения.

Песок

Почти половина общей массы железной руды при обогащении образует отходы («хвосты»), представляющие собой кварцево-железистый песок состоящий из частиц размером 0,14—0,63 мм. Наличие в составе этих отходов большого количества соединений железа обусловливает их более высокую плотность, чем природного песка.

Экспериментально разработана технология обогащения шламовых отходов ГОКов, позволяющая получать искусственные пески, однородные по химико-минералогическому составу и качеству. Обогащенные и фракционированные отходы получают отделением глинистых и пылевидных частиц и зерен крупностью менее 0,14 мм и разделением на фракции ( 6.2). Они должны содержать не менее 55% кремнезема и не более 15% соединений железа.

Магнетит Fe304 и гематит Fe203, содержащиеся в железистых кварцитах, относятся к потенциально реакционноспособным. Поэтому возможность применения в качестве заполнителей материалов, содержащих такие минералы, должна быть установлена специальными исследованиями. Опыты показали, что образующийся в процессе твердения бетона аморфный гидроксид железа экранирует расположенные на поверхности заполнителей железосодержащие минералы, практически исключая их участие в дальнейшем синтезе новообразований. Об этом свидетельствует и отсутствие коррозионных явлений в конструкциях из бетона на заполнителях из железной руды.

Основным критерием при оценке качества мелкого заполнителя является его влияние на водопотребность смеси и прочность бетона. При одинаковом гранулометрическом составе водопотребность песка из отходов обогащения железных руд несколько больше, чем природного, что объясняется повышенной шероховатостью поверхности его зерен. Чем крупнее породообразующие зерна, т. е. выше степень метаморфизма породы, тем больше шероховатость и водопотребность крупных зерен песка. Однако с уменьшением размеров зерен кварцево-железистых песков заполнители приобретают в основном мономинеральный состав, гладкую поверхность, и их водопотребность становится практически аналогичная зернам природного песка. С уменьшением модуля крупности природного песка и увеличением содержания в нем глинистых и илистых примесей возможна его замена на искусственный аналогичного гранулометрического состава.

Целесообразно применение мелкозернистых отходов в качестве заполнителей песчаного бетона, так как предел прочности при сжатии, модуль упругости, сцепление с арматурой, водонепроницаемость и морозостойкость такого бетона выше, чем бетона на природном песке. Использование кварцево-железистых песков в качестве мелкого заполнителя увеличивает среднюю плотность песчаного бетона на 100—250 кг/м3, а обычного — на 50—100 кг/м3.

Железистые минералы улучшают при нормальном твердении адгезионные свойства поверхности заполнителей, поэтому кварцево-железистые пески эффективнее использовать в бетонах, твердеющих в естественных условиях. В бетонах с крупным заполнителем адгезионные свойства мелкого заполнителя мало влияют на прочность бетона. Однако с увеличением его удельной поверхности повышается водопотребность бетонной смеси и ухудшается сцепление раствора с крупным заполнителем. В связи с этим замена в крупнозернистых бетонах местного природного песка искусственным возможна только при меньшей водопотребности последнего или при соответствующем экономическом обосновании.

При одинаковых исходных условиях введение пластифицирующих добавок продуктивнее в мелкозернистую бетонную смесь на искусственном песке, чем на природном, так как при этом существенно улучшается ее удобоукладываемость. Однако при этом уменьшается прочность бетона, что объясняется ухудшением адгезионной способности железосодержащих минералов. Поэтому более эффективны добавки суперпластификаторов.

В качестве строительного песка применяют также отсевы, получаемые при дроблении на щебень кварцитовых пород.

Отходами горно-обогатительных комбинатов можно полностью заменить обычные кондиционные заполнители в тяжелом бетоне и обеспечить достижение его проектных свойств без перерасхода цемента. Негативные особенности бетонных смесей на мелком заполнителе из отходов обогащения руд, например пониженную пластичность и водоудерживающую способность, можно ликвидировать введением добавок ПАВ, регулирующих соответствующие свойства.

Остроугольная форма и рельефная поверхность зерен обеспечивают более высокое сцепление искусственных песков, чем речных, что положительно сказывается на прочности бетона. Так, исследованиями установлено, что прочность бетонов при неизменных составах на мелких заполнителях из отходов обогащения Криворожских горнообогатительных комбинатов на 20% выше прочности бетона, приготовленного на днепровском песке. Увеличение прочности компенсирует возможное увеличение расхода цемента при замене кварцевого песка отходами обогащения вследствие роста водопотребности бетонных смесей. Стоимость заполнителей из отходов обогащения, как правило, существенно ниже, чем природных. В условиях Криворожского бассейна фракционированные отходы горно-обогатительных комбинатов в 6—10 раз дешевле привозного песка. При их применении себестоимость 1 м3 железобетонных изделий снижается на 10%.

Отходы, получаемые при обогащении руд, могут полностью заменять также кварцевый песок в строительных растворах. Они особенно эффективны в штукатурных растворах, где нежелательно присутствие частиц заполнителя крупнее 2,5 мм. Высокая средняя плотность некоторых составов таких растворов позволяет применять их в рент-генозащитных штукатурках. Средняя плотность растворов на заполнителях из шламов обогащения примерно на 22% больше средней плотности растворов на кварцевом песке.