Вміст у піску аморфних різновидів кремнезему, рудних мінералів, слюди, а також сірчанокислих і сірчистих сполук визначається петрографічним дослідженням з розбиранням зерен під мікроскопом і використанням для розпізнавання мінералів хімічних реактивів або інших методів.

Аморфні різновиди кремнезему, як указувалося вище, реагують з лугами цементу і можуть з'явитися причиною руйнування бетону внаслідок об'ємного розширення новотворів. З лугами взаємодіють, зокрема, що випливають мінерали і гірські породи: обпа, халцедон, кремній, деякі склуваті породи, що вилилися.

Опал являє собою аморфний мінерал. Містить 1...15 % хімічно зв'язаної води. Безбарвний, іноді білий, сірий, зі скляним блиском, характерною опалесценцією (зв'язане з назвою цього мінералу специфічне явище "гри кольору").

Халцедон - прихованокристалічний різновид кремнезему (Sі02) тонковолокнистої будівлі, білого, сірого, блакитного або червонуватого кольорів. Кремнесланцюваті осадові породи, що містять обпа, халцедон і кварц із глинистими і вапняними домішками. Якщо петрографічний аналіз указує на наявність у заповнювачі вищезгаданих і їм подібних мінералів або гірських порід, необхідно провести спеціальне дослідження заповнювача на реакційну здатність [18].

ДСТ 8735-75 передбачає визначення хімічним методом потенційної реакційної здатності піску до взаємодії з лугами цементу. Пробу піску з розчином їдкого натру витримують у термостаті при температурі 80°С на протязі 24 год., а потім визначають масу кремнезему, що розчинився. Якщо в умовах досліду вона перевищує встановлену стандартом межу, то пісок відносять до потенційно реакційноздатного. цьому випадку необхідна спеціальна перевірка піску в бетоні.

Діючі стандарти не пропонують визначеної методики перевірки, але містять указівки на необхідність дослідження з урахуванням умов експлуатації споруджень (ДСТ 10268-80). Реакційна здатність заповнювача може бути виявлена іспитом його в цементному розчині, для чого формують з цементно-піщаного розчину зразки-балочки (призми) і протягом тривалого періоду (до року) визначають їхні можливі деформації. На реакційну здатність заповнювача вказують деформації розширення зразків. Оскільки розширення зв'язане з деструкцією (тобто з явищами порушення цілісності структури), реакційна здатність заповнювачів виявляється також у зниженні міцності зразків або у відставанні приросту міцності від установленого при іспиті контрольних зразків на тім же цементі і нормальному кварцовому піску.

Температурно-вологий режим збереження зразків призначають з урахуванням умов експлуатації конструкцій, причому з метою інтенсифікації можливих реакцій для більш раннього їхнього прояву доцільно підвищити температуру і вологість середовища. Якщо приходиться використовувати заповнювач, що містить реакційноздатні різновиди кремнезему, то особливі вимоги пред'являються до цементу. У подібних випадках допускаються до застосування цементу зі вмістом лугів не більш 0,6% у перерахуванні на Na₂О.

Вміст і допустимість присутності в піску інших шкідливих домішок визначаються аналогічним образом.

Нестійкі рудні мінерали, зокрема оксиди заліза, унаслідок подальшого окислювання і гідратації можуть викликати поява внутрішніх напружень у бетоні, а також бурих плям на поверхні конструкцій.

Лусочки слюди шкідливі, оскільки не зчіплюються з цементним каменем і є в бетоні як би зародковими тріщинами, де при навантаженні неминуча концентрація напруг. Сірчанокислі і сірчисті сполуки, що утримуються в заповнювачі, можуть викликати корозію бетону і сталевої арматури [18].

З'єднання сірки в піску зустрічаються головним чином у вигляді гіпсу або піриту. Гіпс (Ca04-2H20), вступаючи в реакцію з трикальцієвим алюмінатом портландцементу і водою, утворить так називану "цементну бацилу"-гідросульфоалюмінат кальцію. Ця реакція супроводжується значним збільшенням обсягу новотворів, викликає розширення бетону і тріщиноутворення. Пірит (сірчаний або залізний колчедан Fe₂S) у бетоні згодом окисляється і взаємодіє з водою з утворенням гідроксиду заліза і сарною кислоти, що супроводжується збільшенням обсягу і корозією.

За ДСТ 10268-80 для бетону гідротехнічних і транспортних споруджень масова частка сірчанокислих і сірчистих сполук у піску не повинна перевищувати 1%.

Найбільше розпушення піску спостерігається при його вологості 4...7 % (по масі). Насипна щільність при цьому зменшується на 10...40 %, у меншому ступені для великих пісків, у більшої - для дрібних.

Зміна обсягу вільно насипаного піску в залежності від його вологості необхідно враховувати при дозуванні піску для бетонної суміші й в інших випадках, коли застосовується важливий пісок, зокрема при його видобутку або збагаченні гідроспособом.

Облік вологості піску дуже важливий. По-перше, по вмісту води в піску необхідно скорегувати (зменшити) витрата води на заміс. По-друге, варто збільшити витрата піску. При озируванні піску по масі виправлення набагато менше, ніж при дозуванні по обсязі. Досвід показує, що невраховане зраді вологості піску тільки на 1 % може привести до зміни рухливості бетонної суміші на 4 див або знизити межу міцності бетону на 2 МПа, а в ряді випадків і більш. Звичайно контроль вологості піску ведеться у відповідності зі стандартною методикою періодичним добором і висушуванням роб. Однак тривалість такого досліду часто знижує його цінність, оскільки вологість піску може ставитися від замісу до замісу. Тому швидкість і безперервність контролю вологості піску в процесі готування бетонної суміші має першорядне значення. В останні роки розроблені і вже знайшли практичне застосування способи безперервного контролю вологості піску безпосередньо перед дозуванням з автоматичним регулюванням витрати матеріалів. Особливо зручні безконтактні методи, що дозволяють безупинно контролювати вологість піску, наприклад на стрічці конвеєра, що рухається, за допомогою радіоактивних ізотопів (по уповільненню вологою потоку швидких нейтронів) або радіохвиль надвисокої частоти.

3. Основні аспекти добування піску

3.1 Видобуток природного піску

Природний пісок добувається в піщаних і піщано-гравійних кар'єрах. Одержання піску в останніх зв'язано із сортуванням піщано-гравійної суміші. За умовами залягання родовищ піску, як і інших корисних копалин, кар'єри підрозділяються на косогорні, рівнинні і водні. Косогорними називають кар'єри, що розташовуються на схилах височин. У цьому випадку місце видобутку піску вище транспортних шляхів і навколишньої місцевості. Такі кар'єри завжди сухі. У рівнинних кар'єрах пісок залягає нижче поверхні землі й іноді нижче рівня ґрунтових вод. Такі кар'єри можуть бути сухими або обводненими. У залежності від способу розробки піску кар'єр або осушують за допомогою водовідводу, дренажу, або, навпаки, обводнюють для наступного видобутку піску. У водних кар'єрах пісок добувають з-під шару води в руслах рік, в озерах і інших водоймах [10].

Таким чином, пісок у кар'єрах добувають або відкритим способом, або підвідною розробкою. Відкритий спосіб видобутку піску найбільш розповсюджений.

Покладу піску в родовищі, як правило, сховані під шаром ґрунту, а також глинистих і інших порід. Цей шар називають розкривом, а відношення його обсягу до обсягу корисної копалини ( у даному випадку піску) - коефіцієнтом розкриву.

Розкривні роботи, тобто видалення розкриву за межі кар'єру й оголення покладів корисної копалини, роблять завчасно щоб уникнути забруднення піску, що добувається, небажаними домішками. Розкривні роботи здійснюють бульдозерами, скреперами, іноді, при великій потужності шару розкриву, екскаваторами з вивезенням у відвал. Після видалення розкриву в кар'єрі прокладають траншеї для утворення робочих уступів і транспортних шляхів.

Висота уступу складає 6...10 м і більш. Вона зв'язана з висотою черпання застосовуваного екскаватора. Якщо пісок залягає в кар'єрі більш могутнім шаром, то його видобуток роблять пошарово. Ширина вибою також залежить від типу екскаватора і складає 1,2...1,3 його радіуси черпання.

Для розробки піску у відкритих кар'єрах використовують різноманітні екскаватори, а також скрепери й інші машини.

Найбільш поширені одноковшеві екскаватори з прямою лопатою (місткість ковша 0,25...15 м³). Висота черпання таких екскаваторів - 6...30 м, радіус черпання - 6...40 м. Екскаватори з прямою лопатою розташовують на нижній площадці уступу, як і транспортні засоби.

Екскаватори-драглайни відрізняються тим, що їхній ківш совкового типу підвішений до стріли на канатах. Драглайн черпає нижче , рівня своєї стоянки, тому може працювати на верхній площадці кар'єру. Усе більше застосування знаходять багатоковшеві (багаточерпакові) екскаватори. Ланцюгові багатоковшеві екскаватори являють собою конвеєр з безупинно рухаються уздовж укосу черпаками. Вивантаження черпаків виробляється при їхньому перекиданні на стрічковий транспортер. Місткість черпаків невелика, але них у ланцюзі до 40 шт., тому при безперервній роботі забезпечується висока продуктивність. Ковшова (черпакова) рама ланцюгового екскаватора може розташовуватися під різним кутом як вище, так і нижче рівня стоянки екскаватора з обслуговуванням транспорту на нижній або верхній площадці уступу. Якщо пісок у родовищі неоднорідний і залягає шарами, що відрізняються за крупністю зерен, то при видобутку багатоковшевим екскаватором зерновий склад піску усереднюється перемішуванням у межах висоти розроблювального уступу, що є позитивним чинником [18].

Крім ланцюгових використовуються роторні багатоковшеві екскаватори, робочим органом яких є обертове на кінці стріли роторне колесо з черпаками. З черпаків добутий пісок вивантажується на стрічковий транспортер, розташований усередині стріли і пісок, що подає, у бункер, транспортні засоби або відвал. Роторні екскаватори зручні для пошарової розробки піску.

Перевагами багатоковшевих екскаваторів перед одноковшевими є: безперервність робочого процесу екскавації, рівне завантаження транспортних засобів, велика продуктивність на 1 т маси, менша питома витрата енергії.

Розробка родовищ піску ведеться строго по карті, складеної на підставі детальної геологічної розвідки. Якість і однорідність піску систематично контролюються. Ділянки неякісного піску обходяться або розробляються з вивезенням у відвал. Основним видом кар'єрного транспорту є автосамосвали й автотягачі з причепами і напівпричепами (напівпричіп на відміну від причепа має тільки одну вісь, а передньою частиною спирається на зчіпний пристрій тягача). Використовуються також самосвали-тролейвози з електродвигунами, що харчуються електроенергією по тролейним проводах на переносних опорах; трактори із саморозвантажними причепами; залізничний транспорт (мотовози, електровози, вантажні вагони і платформи); підвісні канатні дороги і т.д.

У ряді випадків дуже ефективний конвеєрний транспорт у вигляді безперервної потокової лінії стрічкових транспортерів, особливо в сполученні з роторними або ланцюговими багатоковшевими екскаваторами. Застосування конвеєрного транспорту забезпечує безперервність роботи екскаваторів, підвищуючи їхню продуктивність на 35...50 %, спрощує автоматизацію керування і виробництва, знижує капітальні витрати і собівартість видобутку піску. Існує досвід експлуатації як внутрішньокар'єрного, так і далекого, багатокілометрового конвеєрного транспорту від кар'єру до споживача продукції.

Підвідний видобуток піску з дна водойм в обводнених кар'єрах може вироблятися за допомогою екскаваторів-драглайнів, канатних скреперів, землечерпалок, але найбільш ефективний гідромеханізований спосіб видобутку.

Видобуток будівельного кар'єрного піску ведеться по двох напрямках. Після проведення за допомогою могутньої гірської техніки розкривних робіт, виробляється екскавація гірського піску, що широко застосовується у всіх видах будівництва. Видобуток будівельного піску з обводнених шарів родовищ здійснюється гідромеханізованим способом з використанням могутніх кар'єрних землесосних снарядів. Така технологія дозволяє не тільки ефективно вести видобуток, але також очищати кар'єрний пісок від природних природних домішок, що істотно підвищує його якісні характеристики.

Гідромеханізований комплекс по видобутку і переробки формувальних пісків

1 - двоступінчасте грунтоподібний пристрій

2 - водяний насос Q=600-1000 м/год