При фракционировании песка в карьере выход мелкой и крупной фракций, естественно, может изменяться в значительных пределах, поскольку песок в месторождении залегает неоднородно. Но если при приготовлении бетона смешать фракцию мельче 0,63 мм и фракцию 0,63 . 5 мм, например, в пропорции 1:1 (по массе), то полученная смесь будет однороднее исходного песка.

Таким образом, фракционирование песка позволяет повысить качество бетона и уменьшить расход цемента. Однако существуют две проблемы. Первая состоит в выборе технологии фракционирования, вторая — в обеспечении условий эффективного использования песка, разделенного на две фракции. На большинстве действующих предприятий по производству бетонных и железобетонных конструкций, на бетоносмесительных заводах и узлах еще нет условий для раздельного приема, складирования и дозирования двух фракций песка.

В принципе возможна поставка фракционированного песка в виде смеси фракций в заданных соотношениях, обеспечивающих требуемый зерновой состав смеси. Однако осуществить это очень трудно. Если не просто разделить песок на две фракции, то получить их однородную смесь при смешивании еще сложнее. Для этого потребуется специальное смесительное оборудование, и стоимость песка повысится. Поэтому единственно правильный путь — создание на предприятиях по производству бетона условий для раздельного складирования и использования двух фракций песка с последующим их смешиванием в бетоносмесителях вместе с другими компонентами бетонной смеси. Это необходимо предусматривать при проектировании и строительстве новых предприятий, а также реконструкции действующих.

2.2 Гравий

Гравием называют каменные обломки пород крупностью от 5 иногда от 30 до 70 мм (иногда более). Преобладающими породами, из которых состоят зерна гравия, являются граниты, гнейсы, диабазы, известняки, песчаники.

Стандарт предусматривает следующие марки гравия по показателю дробимости, которым ориентировочно соответствуют интервалы пределов прочности при сжатии горных пород.

Наиболее окатанными обычно бывают зерна гравия в руслах рек и на побережьях морей (галька) — до формы яйца или овального диска — с гладкой поверхностью, с которой цементный камень в бетоне имеет плохое сцепление. Из-за недостаточного сцепления гравий, как правило, не применяется в бетонах с пределом прочности выше 30 МПа. Крупные фракции гравия используют для дробления на щебень.

В ряде случаев гравий благодаря округлой форме зерен предпочтительнее щебня, например, если по условиям производства работ необходимо получить подвижную, наиболее удобоукладываемую бетонную смесь.

Гравий должен применяться в виде следующих фракций, раздельно дозируемых при приготовлении бетона: 5 . 10; 10 . 20; 20 . 40; 40 . 70 мм. Допускается использование гравия фракций 3 . 10 мм, а для гидротехнического бетона также 40 . 80 и 80 . 120 мм. Кроме того, допускается поставка гравия в виде смеси двух фракций, например 5 .20 мм.

В отдельных случаях предъявляются более жесткие требования. Так, для фракций гравия с наименьшим размером зерен 5(3) мм содержание более мелких примесей (запесоченность) ограничивается 5%. В гравии, предназначенном для бетонирования тонкостенных конструкций, разрешается содержание примеси зерен крупнее наибольшего номинального размера данной фракции не более 5%-

Поскольку зерна гравия состоят, как правило, из обломков различных горных пород и неоднородны по прочности, вышеперечисленные интервалы пределов прочности можно отнести к средним показателям. Дополнительно стандарты устанавливают ограничения по содержанию в гравии зерен слабых пород. Слабыми считаются породы с пределом прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии менее 20 МПа.

Содержание слабых зерен в гравии определяют посредством разборки средней пробы с визуальной оценкой, проверкой прочности зерен легкими ударами молотка или проверкой твердости зерен царапанием их стальной (для изверженных и метаморфических пород) или алюминиевой (для осадочных карбонатных пород) иглой. На слабых зернах игла оставляет царапину, на прочных— нет.

2.2.1 Добыча и фракционирование гравия

Гравий чаще всего добывают вместе с песком при разработке песчано-гравийных месторождений. Массовая доля гравия в песчано-гравийных смесях составляет в среднем 30 . 40%.

При разработке месторождений добытая песчано-гравийная смесь подвергается сортировке с отделением песка и разделением гравия по крупности зерен на предусмотренные стандартом фракции.

В настоящее время добываемые песчано-гравийные смеси не всегда сортируют. Нередко их используют непосредственно для приготовления бетона. Это проще, дешевле и может быть признан) в некоторых случаях целесообразным, если зерновой состав смеси близок к оптимальному для бетона и не подвержен значительным колебаниям. Однако в большинстве случаев использование несортированной песчано-гравийной смеси ведет к ухудшению качества бетона, его неоднородности и перерасходу цемента. Песчано-гравийные смеси более, чем песок и гравий в отдельности, склонны к расслоению. Поэтому они всегда неоднородны. Если, как указано выше, признано целесообразным фракционировать песок, то к песчано-гравийным смесям это относится в большей степени.

Для сортировки песчано-гравийной смеси используют грохоты, процесс разделения сыпучей смеси по крупности зерен называют грохочением. Для грохочения необходимо движение смеси по ситу. Иногда это достигается установкой грохотов под углом, превышающим угол естественного откоса смеси. В этом случае смесь движется самотеком. Такие грохоты называют неподвижными. В большинстве случаев используют подвижные грохоты, на которых процесс сортировки интенсифицируется.

Наибольшим живым сечением, а следовательно, и производительностью отличаются проволочные плетеные сита, однако их недостаток в сравнительно быстром износе. Размеры отверстий в ситах и решетах задают с таким расчетом, чтобы зерна, которые требуется отсеять из смеси, свободно проходили через них, а это зависит от скорости движения зерен по решету, его уклона и толщины. Например, если нужно отсеять зерна до 40 мм, то размер квадратных отверстий можно принять при горизонтальном расположении грохота 42 мм, а при наклонном (20°) — 45 мм и т. д. Чем больше размер отверстий, тем вероятнее, что все зерна мельче заданного предела пройдет сквозь сито и не останутся в крупной фракции. Но при этом возможно засорение мелкой фракции, крупными зернами. Выбирают оптимальный вариант, но на полное разделение смеси рассчитывать нельзя. Этим и вызваны допуски в стандартах: в песке допускается до 5 или 10% гравия, а в гравии — до 10% песка. На практике уложиться в эти пределы не всегда удается. Для сортировки гравия используют подвижные грохоты различной конструкции. Наибольшее применение нашли плоские грохоты, которые по характеру движения делятся на две группы: качающиеся и вибрационные.

2.2.2 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.