Песок

Строительный песок

Строительный песок — один из наиболее востребованных нерудных материалов в строительной отрасли. Он представляет собой сыпучую горную породу, состоящую из зёрен минерального происхождения размером от 0,05 до 5 мм. Основу строительного песка, как правило, составляет кварц (диоксид кремния SiO₂), однако в зависимости от месторождения в его составе могут присутствовать полевые шпаты, слюда, карбонаты, глинистые включения и другие минералы. Масштабы применения этого материала охватывают гражданское и промышленное строительство, дорожную отрасль, производство строительных смесей, бетонов, железобетонных изделий, стекольную промышленность и многие другие направления.

Классификация строительного песка по происхождению

По способу добычи и происхождению строительный песок подразделяется на несколько основных видов, каждый из которых обладает своими физико-механическими свойствами и областями применения.

Речной песок добывается со дна рек и речных пойм. Зёрна речного песка имеют округлую, хорошо обкатанную форму вследствие длительного воздействия водного потока. Благодаря этому материал обладает высокой степенью однородности, низким содержанием примесей глины и пылевидных частиц. Речной песок широко применяется при производстве высококачественных бетонов, кладочных и штукатурных растворов, а также при устройстве дренажных систем.

Карьерный (горный) песок добывается в карьерах открытым способом. Зёрна карьерного песка имеют угловатую, неправильную форму, что обеспечивает повышенное сцепление частиц между собой. Однако этот вид, как правило, содержит значительное количество глинистых включений, пыли и органических примесей, что требует его просева, промывки или иных методов очистки перед использованием. После обработки карьерный песок применяется в строительных растворах, при планировке территорий и в дорожном строительстве.

Морской песок добывается со дна морей и океанских шельфов. По своим характеристикам он близок к речному, однако может содержать соли, ракушечник и органические включения, которые необходимо удалять промывкой пресной водой. После промывки морской песок используется в производстве бетонов и строительных смесей.

Намывной песок — разновидность карьерного песка, который добывается гидромеханическим способом: из пульпы с помощью гидромониторов и насосов. В процессе намыва большая часть глинистых частиц и примесей вымывается, что делает материал более чистым по сравнению с обычным карьерным песком.

Искусственный дроблёный песок получается путём дробления горных пород — гранита, известняка, базальта и других. Такой песок характеризуется строго угловатой формой зёрен, высокой прочностью и однородным составом. Он применяется там, где природный песок не может обеспечить требуемых характеристик.

Нормативная база и стандарты

В Российской Федерации качество строительного песка регламентируется следующими основными нормативными документами: ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ. Технические условия», ГОСТ 26633-2015 «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия» (в части требований к заполнителям), ГОСТ 9757-90 «Гравий, щебень и песок искусственные пористые», а также рядом отраслевых СП и СНиП, регулирующих применение материалов в конкретных видах строительных работ. ГОСТ 8736-2014 является основополагающим документом и устанавливает требования к зерновому составу, модулю крупности, содержанию вредных компонентов, пылевидных и глинистых частиц, а также к радиационной безопасности материала.

Технические характеристики строительного песка

Зерновой состав и модуль крупности

Зерновой состав — ключевая техническая характеристика, определяющая область применения песка. Он устанавливается путём просева материала через стандартный набор сит с ячейками 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16 мм и последующего вычисления частных и полных остатков на каждом сите.

Модуль крупности (Мк) — безразмерная величина, характеризующая среднюю крупность зёрен песка. Вычисляется как сумма полных остатков на всех ситах (в процентах), делённая на 100. По значению модуля крупности ГОСТ 8736-2014 выделяет следующие группы песка:

Группа песка	Модуль крупности (Мк)	Характеристика
Очень крупный	Св. 3,5	Крупные зёрна, высокое водосодержание бетонной смеси
Крупный	Св. 2,5 до 3,5	Применяется в тяжёлых бетонах, дорожном строительстве
Средний	Св. 2,0 до 2,5	Универсальный, наиболее востребованный
Мелкий	Св. 1,5 до 2,0	Растворы, штукатурки, кладочные смеси
Очень мелкий	Св. 1,0 до 1,5	Ограниченное применение в бетонах
Тонкий	Св. 0,7 до 1,0	Применяется в специальных смесях
Очень тонкий	До 0,7	Специальные сферы применения

Содержание пылевидных, илистых и глинистых частиц

Пылевидные, илистые и глинистые частицы (размером менее 0,05 мм) являются вредными примесями, снижающими прочность сцепления цементного теста с зёрнами заполнителя и увеличивающими водопотребность смеси. Согласно ГОСТ 8736-2014, содержание таких частиц нормируется в зависимости от группы песка и его назначения. Для природного песка, применяемого в бетонах, допускается содержание пылевидных и глинистых частиц не более 3% по массе, для дорожных работ — не более 5%. Содержание глины в комках не должно превышать 0,5% по массе.

Насыпная плотность

Насыпная плотность строительного песка определяется как масса материала в единице объёма с учётом межзерновых пустот в естественном (неуплотнённом) состоянии. Для строительного песка этот показатель составляет в среднем от 1400 до 1700 кг/м³. Значение насыпной плотности зависит от зернового состава, формы зёрен и влажности материала. При влажности около 5–7% наблюдается эффект «ложного разбухания» песка — увеличение объёма без изменения массы, что необходимо учитывать при дозировании составляющих бетонных и растворных смесей.

Истинная (удельная) плотность

Истинная плотность песка — это плотность вещества зёрен без учёта пор и пустот. Для кварцевого строительного песка истинная плотность составляет от 2600 до 2680 кг/м³. Этот показатель используется при расчёте состава бетонных смесей и определении объёмных характеристик материала.

Пустотность (межзерновая пористость)

Пустотность (порозность) определяется как доля объёма пустот в общем объёме насыпного материала. Для строительного песка этот показатель обычно составляет 35–45%. Пустотность влияет на расход цемента при приготовлении бетонов: чем выше пустотность заполнителя, тем больше вяжущего требуется для заполнения межзерновых пустот и обеспечения удобоукладываемости смеси.

Влажность

Влажность строительного песка — это содержание воды в материале, выраженное в процентах от массы сухого песка. Этот параметр имеет практически важное значение при дозировании компонентов бетонных и растворных смесей, поскольку вода, содержащаяся в песке, участвует в реакции гидратации цемента. Влажность природного песка в зависимости от условий хранения и транспортировки может варьироваться от 0,5 до 15% и более.

Прочность зёрен и петрографический состав

Прочность зёрен характеризуется устойчивостью к механическому воздействию (истиранию, дроблению). Для песков, применяемых в ответственных конструкциях и дорожном строительстве, нормируется содержание слабых и выветрелых зёрен, которое не должно превышать 10% по массе. Петрографический состав определяет минеральный тип зёрен: кварц, полевой шпат, слюда, кальцит и др. Присутствие слюды более 1–2% нежелательно, так как слюдистые чешуйки снижают прочность сцепления в бетоне и увеличивают водопотребность смеси.

Коэффициент фильтрации

Коэффициент фильтрации характеризует водопроницаемость песчаного слоя. Для крупного строительного песка он составляет 15–50 м/сут, для среднего — 5–15 м/сут, для мелкого — 1–5 м/сут. Этот показатель имеет первостепенное значение при проектировании дренажных систем, фильтрующих слоёв дорожных оснований и при устройстве подсыпок под фундаменты.

Радиоактивность

Согласно требованиям СП 2.6.1.799-99 и ГОСТ 30108-94, строительные материалы контролируются по показателю удельной эффективной активности естественных радионуклидов (Аэфф). Для строительного песка, применяемого в жилищном и гражданском строительстве, Аэфф не должна превышать 370 Бк/кг (I класс). Для дорожного строительства в пределах населённых пунктов допускается II класс — до 740 Бк/кг. Природный кварцевый песок, как правило, относится к I классу радиоактивности.

Содержание вредных примесей

К вредным примесям в строительном песке относятся: сульфаты и сульфиды (гипс, пирит), хлориды, органические примеси (гумусовые вещества), аморфные разновидности диоксида кремния, карбонаты щелочных металлов. Сульфаты и сульфиды провоцируют коррозию бетона и арматуры. Органические вещества замедляют твердение цемента и снижают прочность бетона. Содержание каждой группы вредных примесей жёстко регламентируется ГОСТ 8736-2014 и сопутствующими нормативами.

Гранулометрический состав и кривая просева

Полный технический анализ зернового состава выполняется путём ситового анализа и построения кривой просева на стандартном графике. Кривая просева показывает процентное содержание зёрен, прошедших через каждое сито. Нормативные документы устанавливают допустимые зоны, в которых должна располагаться кривая просева для песка той или иной группы. Оптимальный зерновой состав обеспечивает минимальную пустотность смеси и, соответственно, наилучшие физико-механические характеристики бетона или раствора.

Сферы применения строительного песка

Производство бетонов и железобетонных изделий

Строительный песок является мелким заполнителем в бетонных смесях. В тяжёлых бетонах он совместно с крупным заполнителем (щебнем или гравием) образует жёсткий скелет, воспринимающий нагрузки, тогда как цементное тесто заполняет межзерновые пустоты и скрепляет зёрна. Правильно подобранный зерновой состав мелкого заполнителя позволяет минимизировать расход цемента при обеспечении требуемых показателей прочности, морозостойкости и водонепроницаемости. Для производства конструкционных бетонов классов В15 и выше применяется средний или крупный песок с модулем крупности не менее 2,0, с минимальным содержанием пылевидных и глинистых частиц.

Приготовление кладочных и штукатурных растворов

В строительных растворах (цементных, цементно-известковых, известковых) песок также выступает заполнителем, обеспечивающим объём и прочность затвердевшего раствора. Для кладочных растворов, как правило, применяется песок с Мк от 1,5 до 2,5. Для тонкослойных штукатурок используется мелкий песок с Мк до 1,5, а для внутренних отделочных работ — очень мелкий и тонкий. Содержание глинистых и пылевидных частиц в растворном песке нормируется жёстче, чем для бетонных заполнителей.

Дорожное строительство

В дорожном строительстве песок применяется в нескольких ключевых позициях. Во-первых, он используется как материал для устройства песчаных подстилающих слоёв и подушек под дорожные одежды, обеспечивая дренирование, перераспределение нагрузок и морозозащитные функции. Во-вторых, песок является компонентом асфальтобетонных смесей — особенно мелкозернистых и песчаных асфальтобетонов, применяемых для устройства верхних слоёв покрытия. В-третьих, стабилизированный (укреплённый) песок применяется в основаниях дорожных одежд. Для дорожного строительства предпочтителен крупный или средний песок с низким содержанием пылеватых частиц и высоким коэффициентом фильтрации.

Устройство оснований и фундаментов

Песчаные подушки под фундаменты зданий и сооружений являются классическим инженерным решением при строительстве на слабых, водонасыщенных или промерзающих грунтах. Подушка из уплотнённого крупного или среднего песка перераспределяет нагрузки от фундамента на большую площадь несущего грунта, снижает влияние морозного пучения, обеспечивает дренирование. Толщина подушки определяется расчётом и может достигать 1–1,5 м. Степень уплотнения контролируется коэффициентом уплотнения, который для оснований под фундаменты должен составлять не менее 0,95–0,98.

Планировочные работы и благоустройство

Строительный песок широко применяется при вертикальной планировке территорий, засыпке котлованов и траншей, устройстве отмосток, пешеходных дорожек, спортивных площадок и газонов. В ландшафтном строительстве песок используется для устройства детских игровых площадок, пляжей искусственных водоёмов, дренирующих слоёв в системах полива газонов. При засыпке траншей после прокладки инженерных коммуникаций нормативные документы требуют применения мягкого грунта или песка для первичной засыпки (постели) и исключения попадания крупных включений, способных повредить трубы.

Производство силикатного кирпича и автоклавных изделий

Силикатный кирпич изготавливается из смеси кварцевого песка (около 90%) и гашёной извести (около 10%) путём прессования и последующей автоклавной обработки. Для этого производства предъявляются жёсткие требования к чистоте и зерновому составу песка: содержание SiO₂ должно быть не менее 70%, глинистых примесей — не более 2%, органических примесей — строго лимитировано. Размер зёрен подбирается таким образом, чтобы обеспечить максимальную плотность формовочной смеси. Аналогичные требования предъявляются к песку для производства ячеистых бетонов (газобетона, пенобетона) автоклавного твердения.

Стекольная промышленность

Для производства стекла применяется специальный стекольный кварцевый песок с содержанием SiO₂ не менее 95–99% (в зависимости от вида стекла). Содержание оксида железа Fe₂O₃ строго лимитируется, поскольку оно определяет цвет стекла: для бесцветного стекла допускается не более 0,015–0,03%. Зерновой состав стекольного песка также строго нормируется. Хотя стекольный песок является специализированным видом, его производство неразрывно связано с добычей и переработкой природного кварцевого сырья.

Производство сухих строительных смесей

Сухие строительные смеси (штукатурные, шпаклёвочные, клеевые, самовыравнивающиеся) в подавляющем большинстве случаев содержат в своём составе кварцевый песок определённой фракции как основной или вспомогательный наполнитель. Для производства ССС применяется высушенный и отфракционированный кварцевый песок с нормированным зерновым составом и минимальным содержанием примесей. Чистота, стабильность гранулометрического состава и низкая влажность являются критическими параметрами для данного сегмента.

Фильтрация воды

Кварцевый песок является классическим фильтрующим материалом в системах водоочистки и водоподготовки. Кварцевые песчаные фильтры применяются на водопроводных станциях, в системах очистки сточных вод, в бассейновом оборудовании и в локальных системах водоочистки. Для фильтрации воды применяется специально подготовленный кварцевый песок с нормированным зерновым составом (как правило, фракции 0,5–1,0; 1,0–2,0; 2,0–5,0 мм), промытый, без глинистых включений и с высоким содержанием SiO₂.

Пескоструйная обработка

Специально подготовленный кварцевый песок используется в технологиях абразивной пескоструйной (дробеструйной) очистки металлических и бетонных поверхностей от ржавчины, старых лакокрасочных покрытий, окалины и загрязнений. Для пескоструйной обработки применяется сухой песок определённых фракций (0,2–1,5 мм) с высоким содержанием кварца и минимальным количеством мягких включений. В связи с рисками силикоза при работе с кварцевым песком в ряде стран его применение в пескоструйной обработке ограничено или заменено альтернативными абразивами (купрошлак, стальная дробь и др.).

Литейное производство

Формовочные кварцевые пески широко применяются в литейной промышленности для изготовления литейных форм и стержней. К формовочным пескам предъявляются специальные требования по огнеупорности, газопроницаемости, прочности и связующим свойствам. Огнеупорность кварцевых песков определяется высоким содержанием SiO₂ и составляет, как правило, более 1700°C.

Требования к качеству и контроль

Приёмка и контроль качества строительного песка осуществляются партиями. Каждая партия сопровождается паспортом качества, в котором указываются результаты испытаний по всем нормируемым показателям. Испытания проводятся в аккредитованных строительных лабораториях по методикам, установленным соответствующими ГОСТ. Периодичность контрольных испытаний определяется нормами поставки и требованиями конкретного объекта строительства. Для объектов повышенной ответственности (мосты, тоннели, высотные здания) контроль качества заполнителей ужесточается.

К числу обязательных показателей, контролируемых при приёмке, относятся: зерновой состав и модуль крупности, содержание пылевидных, илистых и глинистых частиц, содержание глины в комках, насыпная плотность, влажность, содержание вредных компонентов и примесей, удельная эффективная активность естественных радионуклидов. Дополнительно, в зависимости от назначения материала, могут определяться истинная плотность, коэффициент фильтрации, петрографический состав и другие характеристики.

Транспортировка и хранение

Строительный песок транспортируется насыпью в железнодорожных вагонах-хопперах, на автомобилях-самосвалах, речным и морским транспортом. При транспортировке и хранении необходимо предохранять материал от загрязнения посторонними включениями, от перемешивания с другими видами заполнителей, а также принимать меры по предотвращению его расслоения (сегрегации). Хранение осуществляется в штабелях на спланированных площадках с твёрдым покрытием или на специально подготовленных основаниях. При длительном хранении следует контролировать влажность материала и при необходимости выполнять повторные испытания перед использованием.

Экологические аспекты добычи и применения

Добыча строительного песка — в особенности речного и морского — оказывает существенное воздействие на окружающую среду. Дноуглубительные работы нарушают экосистемы водоёмов, изменяют гидрологический режим рек, провоцируют береговую эрозию. Карьерная добыча связана с нарушением почвенного покрова и рельефа, изменением уровня грунтовых вод. В связи с этим добыча нерудных материалов подлежит обязательному государственному лицензированию и экологическому контролю. Рекультивация нарушенных земель является обязательным условием отработки месторождений. Всё большее распространение получают технологии переработки вторичного сырья — дроблёного бетонного и кирпичного боя — в качестве замены природного песка в ряде видов строительных работ.