Чем заменить гранит в высокопрочных бетонах? Шокшинский кварцит – надежная альтернатива
Спрос на высокопрочные бетоны в Центральном федеральном округе высокий. Реализуются сотни крупных инфраструктурных проектов, высотное строительство, объекты в рамках национальных проектов. Традиционный заполнитель для таких бетонов — гранитный щебень. Однако в пик строительного сезона на рынке регулярно возникает его дефицит. Ситуацию усугубляют хронические проблемы с железнодорожной логистикой и перегретый рынок автоперевозок, ставки на которые в последнее время бьют рекорды.
Альтернатива граниту
Кварцит — это горная порода метаморфического происхождения. Что это значит? Что она не образовалась, как гранит, из магмы. Кварцит образуется из песчаника под воздействием высоких температур и давления. Зерна плотно спаиваются между собой и получается монолитный камень. Многих смущает такое происхождение кварцита, однако предлагаю присмотреться к нему внимательнее.
Гранит в высокопрочных бетонах легко можно заменить щебнем из кварцита. Независимые лабораторные испытания подтверждают: бетоны на основе кварцитового щебня не только не уступают, но и по ряду параметров превосходят бетоны с гранитным заполнителем. Это прочность на сжатие в проектном возрасте, прочность на растяжение при изгибе, морозостойкость, стойкость к высоким температурам. Дополнительное преимущество — возможность бесперебойной доставки водным транспортом, в обход логистических проблем с железными дорогами и автоперевозками.
Шокшинский кварцит — история и свойства камня
Единственное в мире месторождение кварцита малинового цвета расположено в Карелии в 60 километрах от Петрозаводска. Там находится карьер «Шокшинский кварцит». Наименование он получил от реки Шокша, которая находится неподалеку. И камень в результате также стали называть шокшинский кварцит. Порода в этом месте сформировалась около 1,8 млрд лет назад, когда морские отложения спрессовывались под высоким давлением и температурой. Результат — плотная структура: средняя плотность зёрен кварцита составляет 2,60–2,65 г/см³, что сопоставимо с гранитом (2,64–2,67 г/см³). При этом прочность на сжатие кварцита достигает 450 МПа, и по этому показателю некоторые его виды даже превосходят гранит, у которого прочность на сжатие 300 МПа. Необычный цвет и исключительная прочность шокшинского кварцита позволяли использовать его для отделки площадей, парков, памятников архитектуры еще во времена Российской Империи. Этот камень даже называли русским порфиром, хотя кварцит даже прочнее порфира — пурпурной породы магматического происхождения.
Где можно увидеть шокшинский малиновый кварцит
Кварцит использовали в отделке Исаакиевского и Казанского соборов Санкт-Петербурга и фасада Инженерного замка. Из него изготовлен пьедестал монумента Николаю I на Исаакиевской площади. Именно шокшинским кварцитом выполнена надпись «ЛЕНИН» на знаменитом Мавзолее. И его же можно увидеть на Могиле Неизвестного солдата у Кремлёвской стены. Любопытно, что шокшинский кварцит можно обнаружить даже в отделке парижской Гранд-Опера и саркофага Наполеона — каменный блок для него был подарен императором Николаем I.
Исследования кварцитового щебня в бетонах
Эксперты ЦЕМЕНТУМ провели сравнительные испытания бетонов на гранитном и кварцитовом щебне. Исследования выполнялись:
- в собственных лабораториях
- на площадках партнеров по проектам
- а также в независимых лабораториях
Результаты испытаний подтверждены в нескольких источниках, в т.ч. и в государственных лабораториях. Итак, испытания на прочность бетонов на основе гранита и кварцита:
| Гранит фр.5—20 | Кварцит фр.5—20 |
|---|---|
| Прочность на сжатие в 28 сут от значения требуемой прочности, % | |
| 118,4 | 135,3 |
| 105,6 | 114,3 |
| 117,7 | 130,0 |
| 99,1 | 111,6 |
| 97,2 | 101,4 |
| 108,4 | 115,8 |
| 122,3 | 139,1 |
Вот один из примеров сравнительных испытаний в бетонах:
| Наименование материала | Состав 1 кг/м³, Гранит фр. 5–20 | Состав 2 кг/м³, Кварцит фр. 5–20 |
|---|---|---|
| Цемент | 420 | 420 |
| Песок | 860 | 860 |
| Вода | 185 | 185 |
| Добавка | 4,2 | 4,2 |
| Щебень | 960 | 945 |
По данным испытаний, реологические показатели бетонов на граните и кварците идентичны, зерновой состав щебня очень близок.
- прочность на сжатие. На 2-е сутки гранитовый бетон опережает кварцитовый с разницей до 8%
- на 28-е сутки уже кварцитовый превосходит гранитовый: 61,9 МПа против 57,7 Мпа. В ходе сравнительных испытаний у клиентов бетон на гранитном щебне показал прочность на уровне 97,2–122,3% от требуемой, тогда как бетон на щебне из кварцита — 101,4–139,1%.
- прочность на растяжение при изгибе у кварцитового бетона выше на 23%
- а при раскалывании бетон на кварците прочнее почти на 50%.
Водопоглощение
В плотную и низкопористую структуру кварцита практически не проникает вода: испытания показали, что водопоглощение кварцитового щебня завершается уже через 2 часа. Последующие замеры через 24 и 48 часов не выявили значительного увеличения массы образцов.
Водопоглощение шокшинского кварцитового щебня составляет 0,60–0,61%. Дробимость в сухом состоянии составляет 4,2%, в водонасыщенном — 5,1%. Отличие всего на 0,9 п.п. Это подтверждает высокую плотность и стабильность свойств камня при контакте с водой.
Ниже представлены результаты испытаний бетонов на основе кварцита и гранита на морозостойкость:
Морозостойкость шокшинского кварцита
Морозостойкость кварцитового щебня — F300. Это значит, что он выдерживает до 300 циклов замораживания-оттаивания, что продлевает срок службы конструкций в различных климатических условиях.
Морозостойкость бетонов на Шокшинском квацитовом щебне
| Масса контрольных образцов в водонасыщенном состоянии, г | Прочность контрольных образцов в водонасыщенном состоянии, МПа | Масса основных образцов в водонасыщенном состоянии до испытания, г | Масса основных образцов в водонасыщенном состоянии после испытания, г | Прочность основных образцов в водонасыщенном состоянии, МПа | Уменьшение массы |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 435 | 85,1 | 2 429 | 2 420 | 77,1 | −0,4% |
| 2 445 | 82,2 | 2 446 | 2 439 | 81,8 | |
| 2 456 | 88,0 | 2 467 | 2 459 | 79,1 | |
| 2 443 | 82,5 | 2 431 | 2 422 | 77,3 | |
| 2 429 | 74,7 | 2 433 | 2 424 | 77,7 | |
| 2 437 | 80,2 | 2 463 | 2 451 | 78,9 | |
| 2 441 | 82,1 | 2 445 | 2 436 | 78,7 | ср. знач |
Образцы считаются выдержавшими испытания на морозостойкость, если соблюдается соотношение: XminII ≥ 0,9XminI.
Нижняя граница доверительного интервала прочности контрольных образцов с учетом коэффициента 0,9 равна 61,6 МПа, а нижняя граница доверительного интервала прочности основных образцов равна 73,8 МПа.
|
Коэффициент вариации |
Нижняя граница доверительного интервала |
||
|---|---|---|---|
| Vn контр. | Vn осн. | 0,9Xmin¹ | Xmin² |
| 6,48% | 2,39% | 61,6 | 73,8 |
Результат: Результаты испытаний, приведенные в таблице, показали, что представленные образцы бетона выдержали 8 циклов попеременного замораживания — оттаивания, что соответствует марке бетона по морозостойкости F(1)300. Уменьшение массы составило 0,4%. По ГОСТ 10060‑2012 максимально допустимое уменьшение массы образцов не должно превышать 2%.
| Масса контрольных образцов в водонасыщенном состоянии, г | Прочность контрольных образцов в водонасыщенном состоянии, МПа | Масса основных образцов в водонасыщенном состоянии до испытания, г | Масса основных образцов в водонасыщенном состоянии после испытания, г | Прочность основных образцов в водонасыщенном состоянии после испытания, МПа | Уменьшение массы |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 435 | 94,2 | 2 449 | 2 450 | 84,0 | НЕТ |
| 2 444 | 88,0 | 2 463 | 2 466 | 82,3 | |
| 2 431 | 93,5 | 2 439 | 2 440 | 77,9 | |
| 2 429 | 89,5 | 2 470 | 2 472 | 82,8 | |
| 2 432 | 87,9 | 2 451 | 2 456 | 82,8 | |
| 2 445 | 88,1 | 2 453 | 2 456 | 82,1 | |
| 2 436 | 90,2 | 2 454 | 2 457 | 82,0 | ср. знач |
Образцы считаются выдержавшими испытания на морозостойкость, если соблюдается соотношение: XminII ≥ 0,9XminI.
Нижняя граница доверительного интервала прочности контрольных образцов с учетом коэффициента 0,9 равна 75,4 МПа, а нижняя граница доверительного интервала прочности основных образцов равна 75,7 МПа.
|
Коэффициент вариации |
Нижняя граница доверительного интервала |
||
|---|---|---|---|
| Vn контр. | Vn осн. | 0,9Xmin¹ | Xmin² |
| 2,79% | 2,98% | 75,4 | 75,7 |
Результат: Результаты испытаний, приведенные в таблице, показали, что представленные образцы бетона выдержали 8 циклов попеременного замораживания — оттаивания, что соответствует марке бетона по морозостойкости F(1)300. Уменьшение массы НЕТ. По ГОСТ 10060‑2012 максимально допустимое уменьшение массы образцов не должно превышать 2%.
Устойчивость к высоким температурам
Кварцит выдерживает температуры до 1700°C, тогда как гранит начинает терять структуру уже при 1100—1300°C (полевой шпат). Бетон с заполнителем из кварцита устойчив к огню и высоким температурным нагрузкам — это важное свойство для высотного строительства и объектов с повышенными требованиями к пожарной безопасности.
Устойчивость к агрессивным средам
Кварцит устойчив к химическим дорожным реагентам, щелочным и кислотным средам. Это помогает улучшить стойкость бетона к воздействию агрессивных сред. Сам кварцит, правильно обработанный и отполированный, сохраняет свои физические и декоративные свойства во времени и через 250–400 лет.
Лещадность
Не обработанная поверхность щебня имеет шероховатую поверхность. Это обеспечивает хорошее сцепление с цементным раствором, и позволяет достигать высоких значений прочности на сжатие и прочности на растяжение при изгибе. В Исследовательском центре Цементум достигли прочности бетона на сжатие 160 МПа. В результате — высокая несущая способность объектов.
Сферы применения щебня из кварцита
Щебень из шокшинского кварцита — это материал высокого качества и уникальных свойств. Бетон на таком щебне будет долговечным, а его минимальная реакционная способность обеспечивает стабильность свойств и помогает достигать всех необходимых целевых показателей по прочности и долговечности. Кварцитовый щебень подходит для применения на объектах в рамках нацпроектов «Инфраструктура для жизни» и «Эффективная транспортная система»:
-
В строительстве жилых, коммерческих и коммунальных объектов. Более того, радиационно-гигиеническая характеристика материала — I класс — позволяет использовать его без ограничений даже при строительстве больниц, школ и детских садов.
-
Высокая прочность кварцита позволяет использовать его в бетонах повышенных марок, что критически важно при возведении высотных зданий, где требуются не рядовые, а именно высокопрочные бетоны.
-
Кварцитовый щебень отлично подходит для строительства дорог, мостов и искусственных сооружений.
-
А также для гидротехнического бетона подводной, надводной и внутренней зоны.
-
Кроме того, ЦЕМЕНТУМ ведет испытания щебня из кварцита на ударную нагрузку для применения в свайных работах, где важно отсутствие трещин при забивке. Сваи из бетона на кварците — еще одна потребность рынка.
Логистика
Проектная мощность карьера ЦЕМЕНТУМ «Шокшинский кварцит» составляет 1 миллион тонн щебня в год. Он расположен в Карелии, имеет собственный причал, и это позволяет гарантировать бесперебойные поставки продукции в течение года напрямую в Центральный и Северо-Западный федеральные округа. Это прекрасная возможность для реализации строительных проектов на фоне растущих проблем с железнодорожной и автологистикой.
Сервисная поддержка
ЦЕМЕНТУМ предоставляет клиентам экспертное техническое сопровождение в ходе реализации проектов. Собственный сертифицированный испытательный центр проводит пробные замесы, испытания бетонов, выдает заключения.
Первые пилотные проекты ЦЕМЕНТУМ с применением высокопрочных бетонов на кварцитовом щебне уже дают позитивную обратную связь: продукт демонстрирует прекрасные показатели по прочности и долговечности.
Кварцит — это находка
Щебень из шокшинского кварцита — это не просто альтернатива, и уж точно не компромисс. Это возможность повысить качество бетонов. Показатели прочности, морозостойкости и водонепроницаемости подтверждают, что бетоны на щебне из кварцита стабильно выдерживают требования инфраструктурных проектов. А по ряду параметров они даже превосходят бетонные смеси на граните. Для производителей бетона это означает дополнительный управляемый ресурс в сезон и более устойчивую модель снабжения без риска потери ключевых эксплуатационных характеристик продукта.
Анжелика Бочарова менеджер по разработке продукта компании «ЦЕМЕНТУМ»
