Материалы и изделия из техногенного и вторичного сырья. Учебное пособие

Продолжение таблицы 12

Рис. 4. График зависимости прочности и плотности мелкозернистого туфобетона от расхода вяжущего

Контрольные вопросы

1.Мелкозернистый бетон, область применения.

2.Характеристики материалов для мелкозернистого бетона.

3.Преимущества применения мелкозернистых бетонов.

4.Недостатки мелкозернистых бетонов.

31

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. Проектирование состава легкого конструкционного бетона из отходов туфовых разработок

Цель: получение легкого конструкционного бетона для несущих конструкций зданий из пористого щебня и песка, полученного из отходов Каменского туфового карьера.

Общие сведения

Туфобетон – один из популярных видов легких бетонов с низкой теплопроводностью, за счет которой популярность товара возрастает с каждым годом. Свое название он получил благодаря вулканическому туфу (горной осадочной породе), который входит в его состав. Туфобетон применяется в основном для производства блоков, стен, перекрытий, полов, ограждений, ЖБИ и БИ с низким весом. Он также используется для частного строительства малоэтажных и нежилых сооружений.

Туфобетон изготавливается в соответствии с нормами и требованиями ГОСТ 6133-2019, а шкала его теплопроводности измеряется по СП 50.13330.2012. К основным производственным характеристикам стройматериала можно отнести:

–средняя плотность в пределах от 1200 до 1800 кг/м3;

–прочность на сжатие 5–15 МПа;

–удельная теплоемкость 0,84 кДж/кг;

–массовое отношение влаги 7–10 %;

–паропроницаемость 0,09–0,11 мг/мчПа;

–морозостойкость F10-200 циклов;

–модуль упругости 50 000–250 000 кг/см2;

–марка по водонепроницаемости (давление воды в атм.) W2–W8. Главным достоинством конструкций из такого бетона принято счи-

тать повышенную прочность, надежность и устойчивость к образованию трещин. Он относится к разряду самоуплотняющихся смесей в процессе затвердевания.

Туфобетон обладает рядом преимуществ в сравнении с тяжелыми и традиционнымивидамибетонныхсмесей.Срединихстоитособоотметить:

–природное происхождение заполнителей;

–экологически чистый состав и отсутствие токсических примесей;

–низкое содержание радионуклидов и хлора;

–высокую огнеупорность и пожаробезопасность;

–«дышащие»стенынавыходезасчетпроникновениявоздухавпоры;

–легкость в работе.

32

Туфобетон, лёгкий бетон, в котором заполнителем служит вулканический туф. Он в основном используется в качестве местного стенового материала (рис. 5).

Рис. 5. Туфобетонные стеновые блоки

Туфобетон подразделяется на конструкционный и конструкцион- но-теплоизоляционный.

Заполнители из туфов с коэффициентом размягчения более 0,8 (Кр – отношение пределов прочности при сжатии водонасыщенного и сухого камня) позволяют получать туфобетон с высокой прочностью, морозостойкостью и водонепроницаемостью, пригодный для ответственных железотуфобетонных конструкций, в том числе предварительно напряженных. К этой группе относятся заполнители из большинства туфовых месторождений КБР. Туфобетон на заполнителях из туфов с Кр в пределах 0,6–0,8 обладает меньшей прочностью и долговечностью, и поэтому его используют только в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала. Сзаполнителямиизтуфовможетбытьизготовлентуфобетонспрочностью на сжатие не более 15 МПа (накварцевом пескедо 50 МПа).Из-забольшо- го расхода цемента и невысоких технических показателей рентабельность использования такого туфобетона требует специального экономического обоснования. Технические показатели туфобетона с заполнителями из туфов с низким значением Кр могут быть улучшены, если такие заполнители предварительноподвергнутькратковременнойтермическойобработке.

Туфовые заполнители получают из отходов при добыче штучного туфа, что повышает выгодность их использования.

Пример выполнения работы

1.Проектирование конструкционного легкого бетона класса В15-В20 на пористом щебне и песке из отходовКаменского туфового карьера.

Конструкционный бетон предназначен для сборных и монолитных несущих конструкций здания.

2.Исходные данные

33

Компоненты:

а) туфовый щебень – фракции 5–20 мм с ρ = 678 кг/м3 и прочность на сдавливание в цилиндре R = 1,64МПа (П-125) по ГОСТ-22263-76 для щебня;

б) туфовый песок фракции 0–5 мм ρ = 1050 кг/м3, (П1600) и модулем крупности М 2,25 см средней зернистости;

в) цемент – портландцемент ПЦДО – R =55 МПа (М550);

г) химическая добавка СП С-3 в количестве 0,5–1,5 % с. в. (сухого вещества) или в виде раствора рабочей концентрации ρ=1,1 г/см3.

д) вода затворения водопроводная pH–6-7.

Способ производства:

а) приготовление смеси осуществляют вручную, смешивая сухие компоненты (щебень, песок, цемент) в течение 2–3 мин, затем добавляют часть (примерно 50 %) воды затворения и перемешивают еще 2–3 мин; добавляют пластификатор и перемешивают еще 2–3 мин, а затем остаток воды затворения, перемешивают еще 2–3 мин до получения однородной смеси заданной подвижности;

б) изготовление изделий осуществляется путем заливки в формы

икратковременных вибраций в течение 3–5 с, изделия взвешивают

иустанавливают на хранение;

в) условия твердения принимаются путем пропаривания при 95 °С в течение 5–6 ч и естественное твердение при температуре +18–20 °С

ивлажности 95 % в течении 7 и 28 суток.

3.Экспериментальный метод подбора состава

Ориентировочный расход компонентов на наибольший заполнитель объемом V= 3 л:

туфовый отход (фракции 0–30 мм) при пористости щебня 43–48 % V=1,5 л, m= 1755 г;

цемент из расчета: состав А–250 кг, Б–350 кг, В–450 кг на 1 м3 бетонной смеси, на 3 л расход цемента для состава А, Б и В соответственно составляет m= 750 г, 1050 г и 1350 г;

пластификатор С-3 (или Д5) из расчета 1 % сухого вещества со-

ответственно 7,5 г, 10,5 г и 13,5 г для трех составов (А, Б и В), при добавлении С-3 в жидком виде с плотностью ρ = 1,1 г/см3 (содержание массовой доли сухого вещества 21 %) на 100 кг цемента требуется

4,762 кг или 4,33 л С-3;

вода из расчета подвижности по осадке конуса ОК 7–8 см. Расход воды составляет В = 1,270 л (с учетом корректировки по

подвижности по ОК туфобетонной смеси).

34

Приготовление смеси и формовка контрольных образцов размером

100х100х100 мм.

Приготовление смеси осуществляют вручную, перемешивая сухую смесь 2–3 мин, затем добавляют часть воды затворения и повторно перемешивают 2–3 мин, добавляют пластификатор остаток воды и перемешивают 2–3 мин:

–масса формы m =7446 г. Объем формы V =3 л;

–масса формы с бетонной смесью m= 13134 г;

–фактическая плотность бетонной смеси р = 1540 кг/м3;

–фактический объем бетонной смеси: 3 л.

По результатам испытания образцов строим график зависимости прочности и плотности туфобетона от расхода цемента (рис. 6) из которого видно, что при среднем расходе цемента в 250 кг/м3 получен туфобетон классаВ15,априрасходецементав370кг–бетонклассаВ20.

Рис. 6. Зависимость прочности и плотности туфобетона от расхода цемента

35

Результаты испытаний туфобетона приведены в табл. 13.

Таблица 13

Расход компонентов на 1 м3 туфобетонной смеси

7Прочность, Rсж, МПа в возрасте:

Задание

1.Подобрать состав конструкционного туфобетона класса В15 и В20 с подвижностью по ОК 10–12 см, добавка – пластификатор С-3 (или Д5) из расчета 1,5 % сухого вещества.

2.Определить плотность туфобетонной смеси.

3.Определить прочность туфобетона на сжатие в возрасте 7, 14 и 28 суток.

4.Результаты испытаний привести в виде табл. 13.

5.Построить график зависимости прочности и плотности туфобетона от расхода цемента на 1 м3 (см. рис. 6).

Контрольные вопросы

1.Туфобетон. Материалы для туфобетонной смеси.

2.Классификация туфобетонов по назначению.

3.Область применения туфобетонов.

4.Физико-механические свойства туфобетонов.

36

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. Испытание «хвостов» производства ТВМК

Цель: испытание и исследование хвостов обогащения ТВМК с целью установления их физико-технических свойств и возможные пути их используется в строительстве и в частности в производстве строительных материалов.

Общие сведения

Хвостовым хозяйством называют комплекс сооружений и оборудования для транспортировки и складирования хвостов обогатительных фабрик. Удаление конечных (отвальных) хвостов от фабрик в хвостохранилище осуществляют гидравлическим способом по лоткам и трубам.

Взависимости от рельефа местности, расстояния между фабрикой

ихвостохранилищем и характеристики пульпы на участках трассы хвостопроводов применяют безнапорный самотечный гидротранспорт (при неполном заполнения лотков или труб, проложенных с соответствующим уклоном), напорно-самотечный (с использованием естественного напора по трубам при их полном заполнении) или напорно-принудительный (по трубам при их полном заполнении с применением землесосов). В хвостохранилищах вследствие малой скорости движения пульпы твердая фаза осаждается на дно. Для сброса воды, не содержащей твердых частиц, устраивают водосбросные сооружения (водосливы, водоприемники и водоспускные коллекторы).

Хвостохранилища сооружают путем ограждения пониженных участков поверхности дамбами или путем перегораживания плотинами оврагов, балок и рек. Плотины и дамбы хвостохранилищ целесообразно сооружать намывом их из хвостов.

Хвостохранилище должно располагаться от застроенных территорий на расстоянии не менее 250 м.

Общую емкость хвостохранилища W определяют по формуле

где Tс – суточное количество хвостов, выдаваемых фабрикой, т; n –

число рабочих дней в году; t – время эксплуатации фабрики, год; γо – объемная масса хвостов при их укладке в хвостохранилище; η — коэффициент заполнения хвостохранилища.

37

Объемную массу хвостов можно определить по формуле

где γ – плотность хвостов; m – пористость отложений хвостов в хвостохранилище.

Значение пористости отложения хвостов зависит от их гранулометрического состава и в пределах средневзвешенной крупности 0,2– 0,05 мм изменяется от 0,38 до 0,5.

При намыве хвостов частицы классифицируются по крупности. Более крупные откладываются вблизи выпуска пульпы. Далее по направлению движения пульпы по формируемому из хвостов откосу крупность частиц уменьшается. Наиболее мелкие выпадают непосредственно в пруде – хвостохранилище. Соответственно по длине откоса меняется и пористость отложений: в местах выпуска пульпы она наименьшая, при отложениях хвостов под водой – наибольшая.

Величина коэффициента заполнения хвостохранилища зависит от его геометрической формы и объема. При изменении объема хвостохранилища от 1 до 30 млн м3 коэффициент заполнения изменяется от

0,8 до 0,85.

Наиболее целесообразно устраивать хвостохранилища на площадках, сложенных из малопроницаемых грунтов – суглинков и глин.

Удельная площадь хвостохранилищ, по данным зарубежной практики, составляет обычно 44–48 тыс. м2, а на многих крупных фабриках – не менее 64–72 тыс. м2 на 1000 т хвостов.

Безаварийная работа хвостохранилища является необходимым условием бесперебойной работы фабрики. Аварии на хвостохранилищах происходят главным образом вследствие неправильного наращивания дамб хвостами и вследствие неисправности водосбросных сооружений, конструкции которых подвергаются значительному давлению [4, 5].

Складирование хвостов в хвостохранилище позволяет в дальнейшем вовлечь их в переработку для доизвлечения ценных компонентов, потерянных в результате несовершенства существующей технологии. Кроме того, наличие хвостохранилища позволяет очистить сточные воды фабрики, а также организовать оборотное водоснабжение.

В годы работы Тырныаузкого вольфрамомолибденового комбината (ТВМК) в хвостохранилище по десятикилометровому трубопроводу поступали отходы (около 30 наименований химических соединений металлов, каждый из которых в сильных концентрациях смертельно опасен для здоровья человека и животных) обогащения вольфрамового, молибденового и медно-висмутового концентратов. По различным оценкам, с 1966 по 2001 год тут было захоронено от 25 до 118 млн кубических метров отходов.

38

Впроцессе вольфрамомолибденового обогащения руды получается значительное количество измельченной переработанной пустой породы, котораяввидепульпы(шлама) забрасываетсявотвалы(хвостохранилища).

Вискусственное (Гижгитское) озеро (рис. 7 и 8) десятки лет сливали

сточные воды вольфрамомолибденового комбината.

Рис. 7. Хвостохранилище ТВМК

Рис. 8. Озеро Гижгитское (хвостохранилище ТВМК)

Изучение техногенных факторов загрязнения окружающей среды в районе деятельности ТВМК проводилось Кабардино-Балкарской геологоразведочной экспедицией в 1990-1992 г. на площади около 150 км².

Центральную и южную часть участка деятельности ТВМК занимает аномалия площадью 51,8 км2, охватывающая Тырныаузское месторождение и южную часть города, в пределах которой установлены опасные концентрации многих элементов (мышьяк, свинец, цинк, кобальт, никель, медь, сурьма, хром, барий, ванадий).

Совместной проверкой Минприроды КБР и Каббалккомвод в 1999 г. установлено значительное ухудшение экологической обстановки в регионе. Прилегающие склоны и пойма р. Баксан покрыты слоем осевшей «пульпы», а во всех сбросах сточных вод содержание взвешенных веществ значительно превышает предельно допустимые величины, и по слоям тяжелых металлов – в сотни раз. Данные лабораторных анализов пробной воды в контрольных створах р. Баксан показывают распространение влияния сточных вод ТВМК вплоть до устья реки и даже

39

по р. Малка. Экономическое состояние р. Баксан, как рыбохозяйственного водоема первой категории, за последние четыре года резко ухудшилось. Река потеряла рыбохозяйственное значение в ареале на участке от сброса шахтных вод до гидроузла Баксан-Малка на протяжении 60 км, и было выведено из рыбохозяйственного оборота 90 га ценных нерестовых и нагульных площадей.

Особую опасность представляет токсичная пыль, очагами которой являются участки осевшей, спрессовавшейся «пульпы» сточных вод на участках хвостохранилищ и утечек по всей территории комбината. Пыль оседает на территории г. Тырныауза, п. Былым, в пойме р. Баксан с ее протоками и на склонах, используемых под естественные пастбища. Возрастание содержания молибдена в травах до тысячных долей процента вызывает у скота хронический молибденовый токсикоз и появление специфического заболевания, известного под названием молибденозиса (потеря веса, желудочно-кишечные расстройства, выпадение шерсти и другие симптомы). Отмечено значительное увеличение концентрации молибдена в молоке, шерсти и экскрементах животных, что может только подтверждать факт передачи молибдена по трофической цепи. Наиболее серьезной проблемой представляется близость ареалов сильного загрязнения к наиболее интенсивно используемым пастбищным угодьям, примыкающим к населенным пунктам.

Отходы, «хвосты», в виде цельного песка занимают громадные территории. Освобождение этих территорий от «хвостов» и их утилизирование являются актуальной задачей.

Порядок выполнения работы

Испытание «хвостов» обогащения проводят по методике, приведенной в лабораторной работе № 2 «Испытание отходов разработки вулканическихтуфовКаменского карьера»(см.с.22–25данного издания).

Задание

1.Определить влажность отходов ТВМК, «хвостов» обогащения.

2.Определить насыпную плотность отходов.

3.Определить зерновой состав отходов.

4.Определить модуль крупности отходов.

5.Построитьграфикзерновогосостава«хвостов»обогащенияТВМК.

Контрольные вопросы

1.Отходы ГОК, классификация.

2.Хвостохранилище ТВМК, химический состав.

3.Свойства «хвостов» обогащения ТВМК.

40