ГЛАВА 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
РАСТВОРОВ И МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА
С НАПОЛНИТЕЛЯМИ ИЗ НЕКОНДИЦИОННЫХ
ПРОДУКТОВ РАЗРУШЕНИЯ ГРАНИТОВ
2.1. Исследование влияния поверхностей излома продуктов взрывного и механического разрушения на прочность породо-цементных образцов
В современных условиях на заводах стройиндустрии в качестве наполнителя для изготовления растворов и бетонов применяются речные пески.
В связи с развитием жилищного и капитального строительства потребление речных песков увеличивается, что приводит к определенному нарушению баланса в окружающей среде и, в частности, в реках и озерах.
Известно, что в различных отраслях применяют мелкие фракции продуктов дробильно-сортировочных заводов, однако в весьма ограниченных объемах и в основном для вспомогательных целей, например, в некачественном дорожном покрытии. Использование их в качестве наполнителей для растворов и бетонов сдерживается недостаточной изученностью физико-механических и потребительских свойств этих про-дуктов.
Граниты, как известно, являются полиминеральными породами (биотит, мусковит - до 4%, полевые шпаты - до 56%, кварц - до 40%). Анализ минералогического состава продуктов взрывного разрушения гранитов, отобранных из ближней зоны, показал, что мельчайшие фракции 0-1,0 мм состоят из кварца - 90-95 %, что подтверждает результаты исследований, приведенных в работах [15-17]. Также нами отмечена интересная особенность: при микроскопическом анализе установлено в мельчайших продуктах шарошечного бурения (буровой мелочи) содержатся преимущественно кварцевые частицы.
При изучении фракционного состава совокупных продуктов разрушения гранитов из ближней зоны установлено, что суммарный выход фракций - 0-3 мм составляет 65-67 % вне зависимости от типа ВВ. Причем максимальный выход обломков соответствует фракции размером 1-3 мм, совпадающей с размерами зерен минералов, слагающих неразрушенную породу.
Основой классификации природных продуктов измельчения, включая пески, по их форме служит измерение трех их взаимно перпендикулярных осей или поперечников (рис. 2.1). Наименьший из них (ось С) равен толщине зерна, т.е. расстоянию между более плоскими сторонами. Максимальный поперечник (наибольшая ось А) соответствует наибольшему расстоянию по его длине, измеренному по перпендикуляру к наименьшему диаметру. Средний поперечник (ось В) равен расстоянию между наиболее удаленными точками поверхности зерна в направлении, перпендикулярном к двум предыдущим. Общую форму зерен удобно характеризовать соотношением главных их осей. Три главных поперечника служат также основой для вычисления некоторых коэффициентов, характеризующих ее форму. Так, коэффициентом изометричности называют отношение , коэффициентом уплощенности - отношение или . Вычисляется также коэффициент диссиметрии, равный отношению более длинного участка наибольшей оси зерна от его центра ко всей длине этой оси.
Рис. 2.1. Расположение наибольшей (А) и наименьшей (С) осей
зерен песка в вертикальном ее сечении.
Диссиметрия зерен по осям А и С (т.е. неравнобокость по длине или по верхней и нижней утолщенным сторонам) является существенным отличием резко несимметричных ледниковых и речных песков от почти симметричных морских [62].
Выполним оценку количества продуктов переизмельчения, получаемых только при взрывном дроблении скальных пород. Как установлено в работах [62, 63] радиус зоны мелкого дробления зависит от прочностных характеристик пород и параметров взрывного нагружения.
При обработке данных, приведенных в работе [3], получена корреляционная зависимость следующего вида:
,
где - относительный радиус зоны измельчения;
- предел прочности породы на сжатие, МПа.
Рассчитаем относительное количество измельченного продукта при взрыве скважинного заряда. При этом примем, что она равна сумме объема цилиндра радиусом, равным радиусу зоны переизмельчения и двум объемам полушарий в торцах заряда, отнесенной к объему пород вокруг скважины
,
где r0 - радиус заряда (скважин);
a - расстояние между скважинами в ряду, м;
b - то же, между рядами, м;
Hy - высота уступа, м;
lзар - длина заряда, м;
V0 - объем породы, приходящийся на одну скважину, м3.
Расчеты показывают, что количество продуктов разрушения в зоне взрывного измельчения составляет от 2,5 до 7 % в зависимости от прочностных характеристик породы, что совпадает с оценкой, приведенной в работе [64].
Следовательно, выдвинутая ранее в работах В.М.Комира и В.Г.Назаренко [35, 64,65] идея о предварительном (перед крупной стадией механического дробления) грохочении является достаточно целесообразной, так как полученные в результате этого продукты могут быть использованы в качестве строительного песка. Кроме того, экономится электроэнергия на излишнее прохождение переизмельченного продукта через дробилки крупного, среднего и мелкого дробления, грохота и ленточные конвейеры.
В этой связи нами была выдвинута задача обоснования эффективности использования продуктов взрывного и механического измельчения нерудных полезных ископаемых, в качестве наполнителей для растворов и мелкозернистых бетонов. Для реализации поставленной задачи нами выполнены исследования по изучению качественных прочностных показателей образцов раствора из цемента и данного наполнителя, характеристик поверхностей переиз-мельченных фракций (0-3 мм). Исследования проводились в Черкасском государственном технологическом университете по специально разработанной методике, на растровом электронном микроскопе с увеличением частиц от 75 до 2500 раз.
Растровый электронный микроскоп (РЭМ) - это прибор, в основу работы которого положены телевизионный принцип развертки тонкого пучка электронов на поверхности исследуемого объекта (рис. 2.2). РЭМ используется при исследовании непрозрачных для электронов объектов. Поверхность образца сканируется (