Под редакцией д.ф. - м.н., профессора, ген. директора
ООО "ТМО "Совтех" В.М.Абросимова

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЩЕБНЯ
ИЗ КВАРЦИТОПЕСЧАНИКА ОАО "Лебединский ГОК"
В КАЧЕСТВЕ КРУПНОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ БЕТОНОВ

СОДЕРЖАНИЕ

   От редактора

1. Геологическая и технологическая характеристика кварцитопесчаников Лебединского месторождения

2. Виды щебня, применяемого в производстве бетонов

3. Испытание бетонных смесей и бетонов на щебне ОАО "Лебединский ГОК" из кварцитoпесчаника

3.1. Стандартные характеристики щебня из кварцитопесчаника Лебединского ГОКа

3.2. Влияние щебня из кварцитопесчаника на технологические свойства бетонных смесей

3.3. Темпы естественного твердения и прочность бетонов на щебне из кварцитопесчаника

3.4. Влияние щебня из кварцитопесчаника на характеристики поровой структуры бетонов

3.5. Призменная прочность и начальный модуль упругости бетона на щебне из кварцитопесчаникa

3.6. Морозостойкость и водонепроницаемость бетона на щебне из кварцитопесчаника

3.7. Химический анализ щебня из кварцитопесчаника

4.  Заключение

5. Приложения

6. Использованные источники

     От редактора 

Одним из приоритетных направлений развития хозяйства России являются возрастающие объемы строительства дорог, путепроводов, жилья, производственных зданий и объектов специального назначения. Реализация строительства неизбежно порождает опережающий рост спроса на строительный щебень. Достаточно сказать, что дефицит щебня для дорож-ного строительства только в Центральном Черноземье составляет порядка 7 млн. кубических метров в год. 
   Решение этой актуальной проблемы возможно на основе расширения сырьевой базы каменных материалов, пригодных для производства щебня. Значительные запасы попутно добываемых горных пород и отходов обогащения железных руд, которые могут служить исходным сырьем, сосредоточены в месторождениях Курской магнитной аномалии (КМА) и, в частности, на месторождениях Лебединского горнообогатительного комбината (ЛГОК). 
   Горные породы по степени их пригодности для производства щебня могут быть разделены на четыре группы: 1 - рудосодержащие кварциты; 2- кварцитопесчаники; 3 - кристаллические сланцы; 4 - дайковые породы. По объемам запасов и физико-механическим свойствам наибольший интерес представляют кварцитопесчаники, кристаллические сланцы, а также отходы сухой и мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов. 
   Опыт использования щебня из попутно добываемых пород Лебединского ГОКа в дорожностроительном комплексе Белгородской области хорошо известен и обстоятельно изложен в трудах ученых и специалистов Белгородской государственной технологической академии строительных материалов [1,2]. Однако, учитывая нарастающий интерес к этой продукции со стороны Центральных областей России и Московского региона, была поставлена задача: 
- провести комплексные исследования по определению показателей качества щебня из кварцитопесчаника Лебединского ГОКа; 
- выполнить сравнительные испытания бетонных смесей и бетонов с целью определения возможностей эффективного использования щебня Лебединского ГОКа в качестве заполнителей для бетонов при производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций. 
   Совокупность полученных результатов исследований и испытаний позволяет сделать заключение, что щебень Лебединского ГОКа из кварцитопесчаника обладает высоким качеством, не уступая по важнейшим показателям граниту, а по ряду свойств даже превосходит его, и может быть рекомендован как альтернатива гранитному щебню в качестве заполнителя в бетонных и железобетонных изделиях и конструкциях. Кроме того, огромные потребности в строительном щебне будут стимулировать долговременную и крупномасштабную организацию производства щебня на Лебединском ГОКе, ускоряя тем самым процесс утилизации попутно добываемых отходов и улучшая экологическую обстановку в бассейне. 
    Новые области применения щебня расширят номенклатуру бетонных и железобетонных изделий, способствуя становлению и развитию рынка строительных материалов, а его характеристики, изложенные в данной работе, помогут потребителю экономически обоснованно сделать выбор щебня для производства. 
   Задача исследований сформулирована первым заместителем ген. Директора ОАО "Лебединский ГОК" Губиевым М.Ю. 
   Организация научно-исследовательских работ и их сопровождение осуществлялись Онищенко С.А. и Долматовым Г.В.

В.М.Абросимов   

1. Геологическая и технологическая характеристика кварцитопесчаников Лебединского месторождения.

   Кварцитопесчаники (КП) представляют собой серую с различными оттенками почти мономинеральную породу массивной текстуры. Структура в основном мелкозернистая, с размером зерен 0,02-2,0 мм. В пределах разведанных участков кварцитопесчаники характеризуются постоянством минерального состава и высокой прочностью.

Породообразующим минералом является кварц. По данным химического и гранулометрического анализа, содержание кварца составляет 73.4...96 %., в среднем - 86.24%. Остальные минеральные материалы представлены мусковитом, биотитом, реже хлоритом, фукситом, альбитом, калиевым полевым шпатом.
Их содержание иногда достигает 10...20 %. 
Химический состав КП (средний) в % SiO2-90.0, TiO2-0.27, Al2O3- 2.39, Fe2O3-2.16, FeO-1.58, MgO-1.34, CaO-0.89, Na2O+K2O-0.69, P2O5-0.11, S-0.06. Органические вещества отсутствуют.
   Анализ результатов физико-механических испытани й кварцитопесчаников Лебединского месторождения свидетельствует об их высоком качестве. Средняя плотность - 2650 кг/м3, водопоглощение - 0.10 %, пористость - 0.91 %, временное сопротивление сжатию в водонасыщенном состоянии - 141.2 МПа, содержание серы в целом по месторождению, в пересчете на SO3 - 0.18 %. Щебень из кварцитопесчаников, не подвергшихся выветриванию, отличается высоким качеством, не уступая по важнейшим показателям гранитному, а по ряду свойств даже превосходя его.

   Объемная масса

   Параметр²

   Содержание сухого остатка, не более, мг/л

   1000²

   Содержание сульфатов, не более, мг/л

   500

   Содержание хлоридов, не более, мг/л

   350

   Общая жесткость, не более, мг-экв/л

   7

   Эти показатели удовлетворяют требованиям ГОСТ 8267-93, "Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ", что подтверждено сертификатом соответствия ИЦ "Железобетон" г. Москва (см. приложение 1).

Гл. инженер ОАО "Лебединский ГОК"       В.Ф.Щупановский   

     2. Виды щебня, применяемого в производстве бетонов.

   Роль заполнителей в обеспечении свойств различных видов бетонов чрезвычайно велика. Она определяется как характеристиками исходной горной породы, так и качеством заполнителя как сырьевого продукта, поступающего к потребителям - предприятиям стройиндустрии, заводам товарного бетона, строительным площадкам, - в виде песка или щебня (гравия) различного зернового состава, формы зерен, степени загрязненности и др.
    В общем виде характеристики исходной горной породы определяют такие наследственные признаки заполнителя, как плотность, прочность, стабильность структуры, стойкость к определенным химическим, температурным, влажностным и прочим воздействиям. Качество заполнителя зависит как от конкретных условий добычи и переработки исходной горной породы (наличие, вид и характер примесей, влияющих на свойства заполнителя и зависящих от характера залегания добываемой породы и от присутствия и вида попутно добываемых пород; характеристик и условий работы дробильного и фракционирующего оборудования, определяющих форму зерен, характер поверхности заполнителя, количество зерен лещадной формы и содержание пылеватых и глинистых частиц и др.), так и от условий транспортирования, перегрузки и хранения заполнителя (загрязнение посторонними примесями, неконтролируемое перемешивание материалов разного вида и качества и т.д.). При прочих равных условиях основное влияние на качество заполнителя, естественно, оказывают факторы первой группы, относящиеся к характеристикам конкретного месторождения и определенного предприятия горноперерабатывающей промышленности.
Традиционно используемыми для производства щебня являются такие изверженные, глубинные интрузивные и излившиеся горные породы, как гранит, диабаз, габбро, базальт и др., а также осадочные горные породы: известняки, доломиты, песчаники, кварциты, и некоторые виды метаморфических пород, такие как гнейсы, сланцы и мрамор [3, 4]. 
   Вид применяемых в конкретных регионах заполнителей определяется, прежде всего, удаленностью от сырьевой базы и транспортными расходами на доставку заполнителя. Так, например, многими предприятиями строительного комплекса г. Москвы для изготовления бетонов низких и средних марок (до М 300, что соответствует классу В 22,5 по ГОСТ 26633) использовался известняковый щебень Полотнянозаводского карьера, добываемый сравнительно недалеко от Москвы (Калужская область). Для изготовления бетонов более высоких марок, несмотря на значительное удаление сырьевой базы, транспортные расходы и сравнительно высокую стоимость, используется гранитный щебень Питкярантского карьероуправления (Республика Карелия).
   В последнее время перебои с поставкой гранитного щебня на московские предприятия стали привычным явлением, что поставило вопрос о расширении сырьевой базы производства и применения заполнителей, прежде всего, за счет ранее не используемых в Московском регионе вскрышных и попутно добываемых горных пород. К ним относятся, в том числе, кварцитопесчаники, положительный опыт применения которых в качестве заполнителей для бетонов имеется на территории бывшего СССР [5].
   Значительные объемы кварцитопесчаника добываются в виде вскрышной породы на Лебединском ГОКе, основной сферой деятельности которого является добыча и обогащение железных руд, производство железорудных окатышей и железорудного концентрата. Вместе с тем, местоположение Лебединского ГОКа в центре европейской части РФ (Белгородская область, г. Губкин), при условии соответствия свойств щебня из кварцитопесчаника нормативным требованиям, может в значительной степени способствовать устранению дефицита в крупном заполнителе, как в Москве и Московской области, так и в прилегающих областях.

 3.1. СТАНДАРТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЩЕБНЯ ИЗ КВАРЦИТОПЕСЧАНИКА ЛЕБЕДИНСКОГО ГОКа.

 3.2. ВЛИЯНИЕ ЩЕБНЯ ИЗ КВАРЦИТОПЕСЧАНИКА НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ.

   Таблица 2.1. Технологические свойства бетонных смесей в зависимости от вида и расхода цемента и вида крупного заполнителя.

 3.3. ТЕМПЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ТВЕРДЕНИЯ И ПРОЧНОСТЬ БЕТОНОВ НА ЩЕБНЕ ИЗ КВАРЦИТОПЕСЧАНИКА.

  Таблица 3.1. Составы и прочность бетонов в зависимости от вида и расхода цемента и вида крупного заполнителя.

 3.4. ВЛИЯНИЕ ЩЕБНЯ ИЗ КВАРЦИТОПЕСЧАНИКА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРОВОЙ СТРУКТУРЫ БЕТОНОВ.