Строительный заполнитель , или просто заполнитель , представляет собой широкую категорию крупно- и среднезернистого сыпучего материала, используемого в строительстве , включая песок , гравий , щебень , шлак , переработанный бетон и геосинтетические заполнители. Агрегаты являются наиболее добываемыми материалами в мире. Заполнители являются компонентом композиционных материалов, таких как бетон и асфальт ; заполнитель служит армированием, придавая прочность всему композитному материалу. Из-за относительно высокого значения гидравлической проводимости по сравнению с большинством почв заполнители широко используются в дренажных устройствах, таких как фундаментные и французские дренажи , септические дренажные поля, дренажи подпорных стенок и дренажи по краям дорог. Заполнители также используются в качестве основного материала под фундаменты, дороги и железные дороги . Другими словами, заполнители используются в качестве стабильного фундамента или основания дороги/железной дороги с предсказуемыми, однородными свойствами (например, для предотвращения дифференциального оседания под дорогой или зданием) или в качестве недорогого наполнителя, который связывается с более дорогим цементом или асфальтом. для формирования бетона. Хотя для большинства видов заполнителей требуется определенная форма связующего агента, существуют типы самосвязывающих агрегатов , которые не требуют какой-либо формы связующего агента. [1]
В Европе диапазоны размеров обозначаются как d / D , где d обозначает наименьшую, а D — наибольшую квадратную решетку, через которую могут пройти частицы. Предпочтительные размеры для конкретного применения указаны в европейском стандарте EN 13043 для дорожного строительства, EN 13383 для более крупного армирующего камня, EN 12620 для заполнителя бетона, EN 13242 для базовых слоев дорожного строительства и EN 13450 для железнодорожного балласта.
Американское общество по испытаниям и материалам публикует исчерпывающий список спецификаций, включая ASTM D 692 и ASTM D 1073, для различных строительных заполнителей, которые благодаря своей индивидуальной конструкции подходят для конкретных строительных целей. Эта продукция включает в себя определенные типы крупного и мелкого заполнителя, предназначенные для использования в качестве добавок к асфальту и бетонным смесям, а также для других строительных целей. Государственные департаменты транспорта дополнительно уточняют спецификации заполнителей, чтобы адаптировать их использование к потребностям и имеющимся запасам в их конкретных местах.
Источники этих основных материалов можно сгруппировать по трем основным направлениям: добыча месторождений минеральных заполнителей, включая песок, гравий и камень; использование отходов шлаков производства чугуна и стали; и переработка бетона, который сам по себе в основном производится из минеральных заполнителей. Кроме того, есть некоторые (второстепенные) материалы, которые используются в качестве специальных легких заполнителей: глина , пемза , перлит и вермикулит .
Люди использовали песок и камень для фундамента на протяжении тысячелетий. Значительное усовершенствование производства и использования заполнителя произошло во времена Римской империи , которая использовала заполнитель для строительства обширной сети дорог и акведуков. Изобретение бетона, который был необходим для архитектуры с использованием арок, создало немедленный и постоянный спрос на строительные заполнители.
Витрувий пишет в «Об архитектуре»:
Экономия означает правильное управление материалами и участком, а также бережный баланс затрат и здравого смысла при строительстве работ. Это будет наблюдаться, если, во-первых, архитектор не потребует вещей, которые нельзя найти или изготовить без больших затрат. Например: не везде имеется много карьерного песка, щебня, пихты, пихты ясной, мрамора... Там, где нет карьерного песка, приходится использовать тот, который приносится реками или морем.. и другие проблемы, которые мы должны решить аналогичным образом.
Появление современных методов взрывных работ позволило разработать карьеры , которые сейчас используются по всему миру везде, где существуют компетентные залежи коренных пород совокупного качества. Во многих местах не существует хороших месторождений известняка , гранита , мрамора или других качественных каменных пород . В этих районах добывают природный песок и гравий для использования в качестве заполнителя. Там, где нет ни камня, ни песка и гравия, строительный спрос обычно удовлетворяется за счет перевозки в совокупности железнодорожным транспортом, баржой или автомобильным транспортом . Кроме того, спрос на заполнители может быть частично удовлетворен за счет использования шлака и переработанного бетона . Однако доступный тоннаж и низкое качество этих материалов не позволяют им стать жизнеспособной заменой добытых заполнителей в больших масштабах.
Крупные каменоломни и предприятия по добыче песка и гравия существуют практически во всех населенных пунктах из-за высоких затрат на транспортировку по сравнению с низкой стоимостью продукции. Перевозка агрегатов на расстояние более 40 километров обычно неэкономична. [3] Это капиталоемкие операции, в которых используется крупное землеройное оборудование, ленточные конвейеры и машины, специально предназначенные для дробления и разделения заполнителей различных размеров с целью создания отдельных запасов продукции.
По данным Геологической службы США, в 2006 году добыча щебня в США составила 1,72 миллиарда тонн на сумму 13,8 миллиарда долларов (по сравнению с 1,69 миллиарда тонн на сумму 12,1 миллиарда долларов в 2005 году), из которых известняк составил 1 080 миллионов тонн на сумму 8,19 миллиарда долларов из 1 896 карьеров, гранит - 268. миллионов тонн на сумму 2,59 миллиарда долларов из 378 карьеров, траппрок составил 148 миллионов тонн на сумму 1,04 миллиарда долларов из 355 карьеров, а остальное - другие виды камня из 729 карьеров. Известняк и гранит также производятся в больших количествах в виде размерного камня . Подавляющее большинство щебня перевозится тяжелым грузовиком из карьера/завода к первой точке продажи или использования. По данным Геологической службы США , в 2006 году производство песка и гравия в США составило 1,32 миллиарда тонн на сумму 8,54 миллиарда долларов (по сравнению с 1,27 миллиарда тонн на сумму 7,46 миллиарда долларов в 2005 году), из которых 264 миллиона тонн на сумму 1,92 миллиарда долларов были использованы в качестве заполнителей для бетона. Подавляющее большинство из них снова было перевезено на грузовиках, а не на электричках .
В настоящее время общий совокупный спрос в секторе конечного рынка США составляет 30–35% на нежилые здания (офисы, гостиницы, магазины, производственные предприятия, правительственные и институциональные здания и т. д.), 25% на автомагистрали и 25% на жилье. . [4]
Переработанный материал, такой как доменный и сталеплавильный шлак , можно использовать в качестве заполнителя или частичного заменителя портландцемента . Доменная печь и стальной шлак охлаждаются либо воздухом, либо водой. В качестве заполнителя можно использовать шлак с воздушным охлаждением. При водяном охлаждении шлака образуются стеклоподобные частицы размером с песок (гранулированные). Добавление свободной извести в воду при охлаждении придает гранулированному шлаку гидравлические вяжущие свойства.
По данным Геологической службы США , в 2006 году объем проданного или использованного доменного шлака с воздушным охлаждением в США составил 7,3 миллиона тонн на сумму 49 миллионов долларов США, проданный или использованный в США гранулированный доменный шлак составил 4,2 миллиона тонн на сумму 318 миллионов долларов США, а объем стали проданный или использованный в США печной шлак составил 8,7 миллиона тонн на сумму 40 миллионов долларов. Продажи доменного шлака с воздушным охлаждением в 2006 году предназначались для использования в основаниях и покрытиях дорог (41%), асфальтобетона (13%), товарного бетона (16%), а остальное - для других целей. Продажи гранулированного доменного шлака в 2006 году были предназначены для использования в цементных материалах (94%), а остальная часть – для других целей. В 2006 году продажи шлака сталелитейной печи были предназначены для использования в дорожных основаниях и покрытиях (51%), асфальтобетона (12%), для насыпки (18%), а остальная часть - для других целей.
Переработанный стеклянный заполнитель, измельченный до небольшого размера, заменяет во многих строительных и коммунальных проектах мелкий гравий или щебень. Стеклянный заполнитель не опасен в обращении. Его можно использовать в качестве подстилки для труб — размещать вокруг канализационных, ливневых или питьевых труб для переноса веса с поверхности и защиты труб. Другое распространенное применение — в качестве заливки, чтобы выровнять уровень бетонного пола даже с фундаментом. Использование стекольного заполнителя помогает замкнуть цикл переработки стекла во многих местах, где стекло невозможно переплавить в новое стекло. [5]
Сами агрегаты могут быть переработаны как заполнители. Перерабатываемый заполнитель, как правило, концентрируется в городских районах. Поставка переработанного заполнителя зависит от физического разложения и сноса построек. Мобильные заводы по переработке отходов исключают затраты на транспортировку материала на центральный объект. Переработанный материал обычно бывает разного качества.
Многие совокупные продукты перерабатываются для других промышленных целей. Подрядчики экономят на затратах на утилизацию, и меньше заполнителя закапывается или складывается в кучу и выбрасывается. В Бэй-Сити, штат Мичиган , например, существует программа переработки неиспользованных продуктов, таких как смешанный бетон, блоки, кирпич, гравий, горох и другие использованные материалы. [ нужна цитация ] Материал измельчается, среди прочего, для создания основания для дорог и подъездных путей.
По данным Геологической службы США , в 2006 году было переработано 2,9 миллиона тонн портландцементного бетона (включая заполнитель) на сумму 21,9 миллиона долларов США и 1,6 миллиона тонн асфальтобетона (включая заполнитель) на сумму 11,8 миллиона долларов США, причем оба метода были переработаны путем производства щебня. Гораздо больше обоих материалов перерабатывается строительными фирмами и фирмами по сносу зданий, не включенными в исследование Геологической службы США. Что касается песка и гравия, исследование показало, что было переработано 4,7 миллиона тонн цементного бетона на сумму 32,0 миллиона долларов США и 6,17 миллиона тонн асфальтобетона на сумму 45,1 миллиона долларов США. Опять же, большая часть обоих материалов перерабатывается строительными фирмами и фирмами по сносу зданий, которые не включены в этот опрос Геологической службы США. Ассоциация по переработке строительных материалов сообщает, что ежегодно производится 325 миллионов тонн восстанавливаемых строительных и демонтажных материалов. [ нужна цитата ]
Многие геосинтетические заполнители изготавливаются из переработанных материалов. Перерабатываемый пластик можно повторно использовать в заполнителях. Например, линия продуктов EZflow [6] компании Ring Industrial Group производится с использованием кусков геосинтетического заполнителя, которые более чем на 99,9% состоят из переработанного полистирола . Этот полистирол, в противном случае предназначенный для захоронения, собирают, плавят, смешивают, меняют состав и расширяют для создания заполнителей низкой плотности, которые сохраняют высокие прочностные свойства при сжимающих нагрузках. Такие геосинтетические заполнители заменяют обычный гравий, одновременно увеличивая пористость, увеличивая гидравлическую проводимость и устраняя мелкую пыль, присущую гравийным заполнителям, которые в противном случае служат для засорения и нарушения работы многих дренажных систем. [ нужна цитата ]
Несколько групп пытались использовать измельченные шины как часть заполнителя бетона. В результате получается более прочный, чем обычный бетон, поскольку он может гнуться, а не разрушаться под давлением. Однако шины частично снижают прочность на сжатие из-за того, что цемент плохо связывается с резиной. Поры в резине заполняются водой при замешивании бетона, но по мере схватывания бетона становятся пустотами. Одна группа подвергала бетон давлению по мере его схватывания, уменьшая объем пор. [7]
Переработанный заполнитель в Великобритании получается в результате переработки строительных материалов. Чтобы гарантировать инертность заполнителя , он производится из проверенного материала, который соответствует европейским нормам по отходам . [8]
По данным Ассоциации карьерных продуктов, в 2008 году было произведено 210 миллионов тонн заполнителя, включая 67 миллионов тонн переработанного продукта. [9] Программа действий по отходам и ресурсам [10] разработала Протокол качества для регулируемого производства переработанных заполнителей. [11]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )