Строительный заполнитель , или просто заполнитель , представляет собой широкую категорию крупно- и среднезернистых сыпучих материалов, используемых в строительстве , включая песок , гравий , щебень , шлак , переработанный бетон и геосинтетические заполнители. Заполнители являются наиболее добываемыми материалами в мире. Заполнители являются компонентом композитных материалов, таких как бетон и асфальт ; заполнитель служит в качестве армирования для придания прочности общему композитному материалу. Из-за относительно высокого значения гидравлической проводимости по сравнению с большинством почв заполнители широко используются в дренажных системах, таких как фундаментные и французские дренажи , септические дренажные поля, дренажи подпорных стенок и придорожные дренажи. Заполнители также используются в качестве базового материала под фундаментами, дорогами и железными дорогами . Другими словами, заполнители используются в качестве стабильного фундамента или дорожного/рельсового основания с предсказуемыми, однородными свойствами (например, для предотвращения дифференциальной усадки под дорогой или зданием) или в качестве недорогого удлинителя, который связывается с более дорогим цементом или асфальтом для образования бетона. Хотя для большинства видов заполнителей требуется связующее вещество, существуют типы самосвязывающихся заполнителей , которым не требуется связующее вещество. [1]
В Европе диапазоны размеров указываются как d / D , где d показывает наименьший, а D показывает наибольший размер квадратной ячейки решетки, через которую могут пройти частицы. Предпочтительные размеры для конкретных применений описаны в европейском стандарте EN 13043 для дорожного строительства, EN 13383 для более крупного армирующего камня, EN 12620 для бетонного заполнителя, 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 по своей индивидуальной конструкции подходят для определенных строительных целей. Эти продукты включают определенные типы крупного и мелкого заполнителя, предназначенные для таких целей, как добавки к асфальтобетонным смесям, а также для других строительных целей. Государственные транспортные департаменты дополнительно уточняют спецификации заполнителей, чтобы адаптировать использование заполнителей к потребностям и имеющимся поставкам в их конкретных местах.
Источники этих основных материалов можно сгруппировать в три основные области: добыча месторождений минеральных заполнителей, включая песок, гравий и камень; использование шлаковых отходов от 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 фундаментов на протяжении тысяч лет. Значительное усовершенствование производства и использования заполнителя произошло во времена Римской империи , которая использовала заполнитель для строительства своей обширной сети дорог и акведуков. Изобретение бетона, который был необходим для архитектуры, использующей арки, создало немедленный и постоянный спрос на строительные заполнители.
Витрувий пишет в «Об архитектуре»:
Экономия означает правильное управление материалами и участком, а также бережливое соотношение стоимости и здравого смысла при строительстве. Это будет наблюдаться, если, в первую очередь, архитектор не потребует вещей, которые нельзя найти или приготовить без больших затрат. Например: не везде есть в изобилии карьерный песок, щебень, ель, чистая ель и мрамор... Там, где нет карьерного песка, мы должны использовать виды, вымытые реками или морем... и другие проблемы, которые мы должны решать подобным образом.
Появление современных методов взрывных работ позволило разработать карьеры , которые теперь используются во всем мире, где существуют подходящие месторождения коренной породы качества заполнителя. Во многих местах хорошие месторождения известняка , гранита , мрамора или других качественных каменных коренных пород отсутствуют. В этих районах добывают природный песок и гравий для использования в качестве заполнителя. Там, где нет ни камня, ни песка и гравия, спрос на строительство обычно удовлетворяется за счет доставки заполнителя по железной дороге, баржами или грузовиками . Кроме того, спрос на заполнители может быть частично удовлетворен за счет использования шлака и переработанного бетона . Однако доступный тоннаж и более низкое качество этих материалов не позволяют им стать жизнеспособной заменой добытых заполнителей в больших масштабах.
Крупные каменоломни и песчано-гравийные работы существуют практически возле всех населенных пунктов из-за высокой стоимости транспортировки по сравнению с низкой стоимостью продукта. Перевозка заполнителя на расстояние более 40 километров обычно неэкономична. [3] Это капиталоемкие операции, использующие крупногабаритное землеройное оборудование, ленточные конвейеры и машины, специально разработанные для дробления и разделения заполнителя различных размеров, чтобы создавать отдельные запасы продукта.
Согласно USGS , в 2006 году производство щебня в США составило 1,72 млрд тонн на сумму 13,8 млрд долларов США (по сравнению с 1,69 млрд тонн на сумму 12,1 млрд долларов США в 2005 году), из которых известняк составил 1080 млн тонн на сумму 8,19 млрд долларов США из 1896 карьеров, гранит составил 268 млн тонн на сумму 2,59 млрд долларов США из 378 карьеров, трапп-рок составил 148 млн тонн на сумму 1,04 млрд долларов США из 355 карьеров, а остальное — другие виды камня из 729 карьеров. Известняк и гранит также производятся в больших количествах как блочный камень . Большая часть щебня перевозится на тяжелых грузовиках из карьера/завода в первую точку продажи или использования. По данным USGS , в 2006 году производство песка и гравия в США составило 1,32 млрд тонн на сумму $8,54 млрд (по сравнению с 1,27 млрд тонн на сумму $7,46 млрд в 2005 году), из которых 264 млн тонн на сумму $1,92 млрд были использованы в качестве заполнителей для бетона. Большая часть этого объема снова была перемещена грузовиками, а не электропоездами .
В настоящее время общий совокупный спрос в США по конечному рыночному сектору составляет 30–35 % для нежилых зданий (офисы, гостиницы, магазины, производственные предприятия, правительственные и институциональные здания и т. д.), 25 % для автомагистралей и 25 % для жилья. [4]
Переработанный материал, такой как доменный и сталеплавильный шлак, может использоваться в качестве заполнителя или частично заменять портландцемент . Доменный и сталеплавильный шлак охлаждается либо воздухом, либо водой. Охлажденный воздухом шлак может использоваться в качестве заполнителя. Охлажденный водой шлак производит стекловидные частицы размером с песок (гранулированный). Добавление свободной извести в воду во время охлаждения придает гранулированному шлаку гидравлические цементирующие свойства.
По данным USGS , в 2006 году объем проданного или использованного в США доменного шлака с воздушным охлаждением составил 7,3 млн тонн на сумму 49 млн долларов США, объем проданного или использованного в США гранулированного доменного шлака составил 4,2 млн тонн на сумму 318 млн долларов США, а объем проданного или использованного в США сталеплавильного шлака составил 8,7 млн тонн на сумму 40 млн долларов США. Продажи доменного шлака с воздушным охлаждением в 2006 году были направлены на использование в дорожных основаниях и покрытиях (41%), асфальтобетоне (13%), готовом бетоне (16%), а остаток — на другие цели. Продажи гранулированного доменного шлака в 2006 году были направлены на использование в цементных материалах (94%), а остаток — на другие цели. Продажи сталеплавильного шлака в 2006 году были направлены на использование в дорожных основаниях и покрытиях (51%), асфальтобетоне (12%), для заполнения (18%), а остаток — на другие цели.
Переработанный стеклянный заполнитель, измельченный до небольшого размера, заменяет мелкий гравий или щебень во многих строительных и коммунальных проектах. Стеклянный заполнитель не опасен в обращении. Его можно использовать в качестве подстилающего слоя для труб — размещать вокруг канализационных, ливневых или питьевых водопроводных труб для переноса веса с поверхности и защиты трубы. Другое распространенное применение — в качестве заполнения для выравнивания уровня бетонного пола с фундаментом. Использование стеклянного заполнителя помогает замкнуть цикл переработки стекла во многих местах, где стекло нельзя переплавить в новое стекло. [5]
Агрегаты сами по себе могут быть переработаны как агрегаты. Перерабатываемый агрегат, как правило, концентрируется в городских районах. Поставки переработанного агрегата зависят от физического распада и сноса конструкций. Мобильные заводы по переработке исключают расходы на транспортировку материала на центральный участок. Переработанный материал, как правило, имеет разное качество.
Многие продукты-заполнители перерабатываются для других промышленных целей. Подрядчики экономят на расходах на утилизацию, и меньшее количество заполнителя закапывается или складывается и выбрасывается. Например, в Бей-Сити, штат Мичиган , существует программа переработки неиспользованных продуктов, таких как смешанный бетон, блоки, кирпичи, гравий, гороховый щебень и другие использованные материалы. [ необходима цитата ] Материал измельчается для создания подстилающего слоя для дорог и подъездных путей, среди прочего.
По данным USGS в 2006 году было переработано 2,9 млн тонн портландцементного бетона (включая заполнитель) стоимостью 21,9 млн долларов США и 1,6 млн тонн асфальтобетона (включая заполнитель) стоимостью 11,8 млн долларов США, оба вида путем дробления камня. Значительно больше обоих материалов перерабатывается строительными и сносными фирмами, не включенными в исследование USGS. Что касается песка и гравия, исследование показало, что было переработано 4,7 млн тонн цементобетона стоимостью 32,0 млн долларов США и 6,17 млн тонн асфальтобетона стоимостью 45,1 млн долларов США. Опять же, больше обоих материалов перерабатывается строительными и сносными фирмами, не включенными в это исследование USGS. Ассоциация по переработке строительных материалов указывает, что ежегодно производится 325 млн тонн восстанавливаемых строительных и сносных материалов. [ необходима ссылка ]
Многие геосинтетические заполнители производятся из переработанных материалов. Вторично перерабатываемые пластмассы могут быть повторно использованы в заполнителях. Например, линейки продуктов EZflow [6] компании Ring Industrial Group производятся с использованием геосинтетических заполнителей, которые на 99,9% состоят из переработанного полистирола . Этот полистирол, который в противном случае был бы отправлен на свалку, собирается, расплавляется, смешивается, переформулируется и расширяется 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, которая в противном случае засоряет и нарушает работу многих дренажных систем. [ требуется ссылка ]
Несколько групп пытались использовать измельченные шины в качестве части бетонного заполнителя. Результат получается более прочным, чем обычный бетон, потому что он может гнуться вместо того, чтобы ломаться под давлением. Однако шины частично снижают прочность на сжатие, потому что цемент плохо связывается с резиной. Поры в резине заполняются водой при смешивании бетона, но становятся пустотами по мере застывания бетона. Одна группа подвергает бетон давлению по мере застывания, уменьшая объем пор. [7]
Переработанный заполнитель в Великобритании получается в результате переработки строительных материалов. Чтобы гарантировать инертность заполнителя , он производится из материала, протестированного и охарактеризованного в соответствии с Европейскими кодексами отходов . [8]
В 2008 году было произведено 210 миллионов тонн заполнителя, включая 67 миллионов тонн переработанного продукта, согласно данным Ассоциации карьерной продукции. [9] Программа действий по отходам и ресурсам [10] разработала Протокол качества для регулируемого производства переработанных заполнителей. [11]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )