Некондиционные бетонные и железобетонные изделия, конструкции,  отслужившие свой срок, полученные при демонтаже строительных объектов, отходы производства строительных материалов после переработки превращаются в строительный щебень вторичного происхождения.  Металлическая арматура  идет в переплавку и используется повторно как качественная сталь с высоким содержанием легирующих элементов. На сегодняшний день очень мало информации о том, какая доля строительных отходов используется для получения так называемой «вторички» – вторичного бетонного, кирпичного и асфальтного щебня. В Европе, например, рециклинг в строительстве составляет до 60%, в Японии до 98%, а у нас же – от силы 15% [17, 18, 19]. При строительстве потребляется огромное количество материалов в виде щебня и песка, значительную часть которых можно получить при переработке отходов бетона и железобетона. Использование вторичного щебня позволит снизить затраты на возведение новых объектов за счет сокращения встречных потоков нерудных материалов и одновременно уменьшить нагрузку на городские полигоны, исключить образование несанкционированных свалок, а также сохранить земельные ресурсы, отводимые под размещение новых карьеров [8, 21, 22].Области применения вторичного бетонного щебня:• обустройство щебеночных оснований под полы и фундаменты зданий;• устройство нижних слоев дорог, не имеющих статуса федеральных;• в качестве крупного заполнителя в бетонах прочностью 5...20МПа;• при производстве бетонных и железобетонных изделий;• при отсыпке временных дорог, съездов;• при подсыпке под все виды тротуарных дорожек;• при подсыпке под автостоянки и асфальтируемые площадки;• для укрепления слабых грунтов (в частности, когда нужно делать подсыпку траншей при прокладке инженерных сетей, бутить днища котлованов);• для замены грунта при засыпке;• под фундаментное основание;• в ландшафтной архитектуре.        Для разделения измельченных твердых тел на фракции с зернами приблизительно одинаковой величины применяют грохочение или ситовую классификацию. Хотя процесс грохочения является универсальным способом классификации, однако он имеет некоторые недостатки:недостаточная четкость разделения материа­ла на классы;большие габариты аппарата;сложность смены сит.Использование  таких процессов, как воздушная сепарация и гидравлическая классификация сегодня применяется весьма широко. При сравнении этих двух методов необходимо отметить, что воздушная сепарация более эффективна, поскольку сопротивление воздуха движению твердых частиц значительно меньше сопротивления воды, следовательно, частицы осаждаются в воздухе во много раз быстрее, чем в воде. Но использование данного способа при разделении щебня фракцией 0,5–20мм невозможно, т.к. ее (а также гидравлическую классификацию) применяют для разделения частиц с размером менее 2–3 мм [2, 3, 14, 18]. Технологическая схема производства  вторичного щебняОбщая схема производства вторичного щебня представлена на рис.1, 2. Она состоит из следующих основных стадий [10, 17, 20]: Сбор отходов. Строительный мусор грузовым транспортом свозится на сортировочную площадку.Предварительная сортировка. Из завезенного материала отбирают крупногабаритные части железобетона, которые собирают по характеру материала в накопительные места хранения для дальнейшей переработки.Измельчение крупногабаритного железобетона. Крупногабаритный железобетон измельчается на части, удобные для последующего дробления, с помощью металлического шара («шар-баба»). Извлекается металлическая арматура. Измельченный бетон и металл разделяют по накопителям. Измельчение бетона. Подготовленный материал  загружается в приемный бункер щековой дробилки  и измельчается. После дробления из материала магнитным сепаратором извлекаются металлические включения.  Сортировка щебня по фракциям. После дробления, по конвейеру, щебень поступает в виброгрохот, где происходит разделение материала по фракциям. Фракции менее 20 мм подвергаются дальнейшей классификации в аэровиброгрохоте и последующих стадиях технологической схемы.Фракции 20–40 и 40–70 мм складируются и затем отправляются потребителю.Щебень размером более 70 мм проходит повторное дробление.  Рис. 2. Технологическая схема производства вторичного щебня 1-щековая дробилка, 2-транспортер, 3-магнитный сепаратор, 4-виброгрохот, 5-конусная дробилка, 6-вибрационно-аэрационный разделитель, 7-циклон Ц-15, 8-ботарейный циклон, 9-калорифер, 10-вентилятор, 11-рукавный фильтр. Мелкие фракции щебня, полученные из отсева различного гранулометрического состава, используют следующим образом. Менее 0,5 мм в виде мелкодисперсного порошка используют в качестве добавки в состав асфальтобетонной смеси для  повышения ее однородности, а также в качестве пигмента и проч.С размером частиц от 0,5 до 2 мм в качестве тонкодисперсных наполнителей бетонных смесей в количестве до 30%  для производства строительных материалов. При этом  себестоимость бетона снижается на 25%. С размером частиц от 2 до 5 мм в качестве антигололедного средства, которое закрепляется на поверхности снежно-ледяных отложений,  повышая коэффициент сцепления. Применять полученную крошку целесообразно на пешеходных дорожках во  дворах, парках, скверах и на внутридворовых проездах. В настоящее время в качестве подсыпки используется гранитная крошка, которая является дорогостоящим материалом. Замена ее на  отсев дробленого бетонного лома позволит значительно снизить расходы на антигололедные средства.С размером частиц от 5 до 20 мм при формировании верхних слоев дорожных насыпей, откосов, оснований дорог. Этот щебень может использоваться также для укрепления слабых грунтов, когда необходима подсыпка траншей при прокладке инженерных сетей  при подсыпке под автостоянки и асфальтируемые площадки. Добавляют щебень этих фракций также в  асфальтобетонные покрытия в количестве 20–40 % [15, 16]. Аэрационно-вибрационный разделительХотя в настоящее время известно много способов разделения сыпучих материалов, но не один из них не позволяет максимально эффективно утилизировать отсев дробления бетонного лома. Технической задачей, на решение которой направлена разработка нового типа разделителя, является повышение степени утилизации строительных железобетонных отходов путём дополнительного разделения ранее неиспользуемого отсева фракций 0,5–20мм и придания им товарных форм.Поставленная задача решается применением новой конструкции грохота, в котором классификацию щебня осуществляют путем сочетанного воздействия  механической вибрации и аэрации в вибрационно-аэрационном разделителе. На этот способ разделения и конструкцию аппарата получен патент РФ. Преимущества разработанного нами  вибрационно-аэрационного разделения щебня следующие: простота конструкции, дешевизна, высокое качество разделения материала, возможность полного разделения материала по фракциям [14, 15, 20, 22].Вибрационно-аэрационный разделитель (рис. 3) включает корпус 1 с патрубком 2 загрузки и патрубками выгрузки 3, 4, 5 соответственно. Для обеспечения эффективного разделения корпус 1  выполнен двухуровневым. В корпусе 1  размещены две горизонтальные перфорированные решетки 6 и 7 соответственно. При этом диаметр перфорации каждой решетки выбирается из условия получения  заданного гранулометрического состава фракций бетонного лома. По крайней мере, один уровень корпуса состоит из  двух частей, разделенных, по меньшей мере, двумя последовательно установленными подпружиненными шиберными заслонками 8 и 9 для предотвращения уноса мелких фракций. Патрубки корпуса могут быть также снабжены подпружиненными шиберными заслонками 10.  Подпружиненные шиберные заслонки в ненагруженном состоянии полностью и без зазоров перекрывают проходное сечение патрубков уровней корпуса. Заслонки выполнены с возможностью открываться только в направлении перемещения материала (в направлении вибрации). Корпус грохота 1 установлен на опорных пружинах 11 и соединен с вибрационным приводом 12. Бетонный лом отделяют от железной арматуры и дробят любым известным способом и далее  подают его в вибрационно-аэрационный разделитель на первый уровень через патрубок 2 загрузки на горизонтальную перфорированную решетку 6 с диаметром перфорации менее 5 мм. Разделение на фракции в  вибрационно-аэрационном разделителе осуществляют путем вибрационного воздействия с заданным режимом вибрации.  Дробленый бетонный лом разделяют, по меньшей мере, на три фракции.  Отсев фракций размером от 5 мм до 20 мм перемещается за счет вибрации в направлении  патрубка 5 выгрузки и выгружается из разделителя.Часть дробленого бетонного лома размером меньше 5 мм просеивается через горизонтальную перфорированную решетку 6 и попадает на горизонтальную перфорированную решетку 7 с диаметром перфорации 2 мм.  Таким образом, на первой стадии разделения на верхнем уровне получают щебень с размером частиц более 5 мм. На нижнем уровне осуществляют вторую стадию разделения, на которой фракции с размером частиц менее 2 мм просеивают сквозь горизонтальную перфорированную решетку 7 и выгружают  из разделителя  через патрубки 4 выгрузки. Оставшийся продукт в виде фракций с размером частиц от 2 мм до 5 мм перемещается за счет вибрации в направлении  патрубка 3 выгрузки и выгружается из разделителя.Для отделения налипших мелких фракций (0,071 до 1 мм) на крупном щебне (5,0 – 20 мм)  осуществляется подсушка щебня путем обдува его горячим воздухом. Для этого (рис. 3) в устройство через патрубок  подают горячий воздух, под воздействием которого налипший на крупных фракциях песок с размером частиц от 0,071 мм до 1,0 мм подсушивается и подается вместе с горячим воздухом на очистку в циклон (устройство центробежного разделения газопылевых потоков).  При  разработке методики расчета аэрационно-вибрационного разделителя и установки в целом, были решены следующие задачи: выбрана просеивающая поверхность; рассчитаны  основные параметры режима работы грохота (производительность, эффективность классификации), проведен конструктивный расчет и определен кпд установки. Производительность установки была определена, исходя из технического задания нескольких предприятий перерабатывающих бетонолом 40т/ч   отсева размером 0–20 мм. По расчетам  необходимо сито  размером 3,5×3,5м (площадь 12,25м2).При разделении и отсеве для отделения налипшей фракции размером до 1 мм от большеразмерных фракций осуществляют подсушку фракций дробленного бетонного лома. Для этого в устройство через патрубок подают горячий воздух, под действием которого налипшая фракция удаляется из аппарата и подается вместе с воздухом на очистку в циклон и если необходимо, то на дальнейшую очистку в другие аппараты очистки газовых потоков.Разделение фракций размера песка в одиночном циклонеЦиклоны являются наиболее распространенными аппаратами газоочистки, широко применяемые для отделения пыли от газов и воздуха в самых  разных отраслях промышленности. При небольших капитальных затратах и эксплуатационных расходах циклоны обеспечивают очистку газов эффективностью 80–95% от частиц пыли размером более 10 мкм. В основном их реко­мендуется использовать для предварительной очи­стки газов и устанавливать перед высокоэффектив­ными аппаратами (например, фильтрами или элек­трофильтрами). В ряде случаев достигаемая эффек­тивность циклонов оказывается достаточной для выброса газов или воздуха в атмосферу [4, 9, 21, 22]. При изучении фракционного состава отсева вторичного щебня  [1, 6, 7, 11, 12]   было выяснено, что он распределяется следующим образом: 0–2мм – 20%, 2–5мм – 35% и 5–20мм – 45%. Причем половина самой мелкой фракции (0–2мм) в аэровиброгрохоте не разделяется, а проходит его транзитом. Для разделения этой части песка в схеме предусмотрен одиночный циклон типа ЦН-15. Следовательно, нагрузка на циклон по твердой фазе составит 4000  кг/ч. Принимая запыленность воздуха на входе в циклон 690 г/м3 ,  его расход при нормальных условиях составит  5739 м3/ч. Характеристика песка, подаваемого на разделение в циклон, и результаты расчетов циклона представлены в табл. 1 и 2. Таблица 1Характеристика песка, подаваемого в циклон на разделениеРазмер частиц,dm,мкм<1,51,5-44-1010-1515-3030-50>50Дисперсия а, %2,22,512,823,435,415,58,2 Таблица  2              Результаты расчета единичного циклона                               d,мкмФракцион-ный состав до очистки, а,  в доляхКоличество пыли до очистки, ∑× a, г/с ПараметрХЭффекти-вность очистки Ф(х)=ηКоличество пыли после очистки, ∑× a·(1- η), г/сФракцион-ный состав пыли после очистки, а1< 1,50,02227,428-0,5470,2919,4740,11,5 - 40,02531,168-0,3140,3719,6360,14 - 100,128159,580,4030,65555,0550,28310 - 150,234291,731,1570,87536,4660,18715 - 300,354441,341,4120,91537,5140,19330 - 500,155193,241,3760,9117,3920,089>500,082102,231,3520,919,20,048Сумма11246,72- 194,7371 ∑ – суммарное количество пыли. Параметр Х рассчитывается по формуле (2):  X  , где: dm – средний размер подлежащих улавливанию частиц; lgσч –среднее квадратичное отклонение в функции заданного распределения;lg ση*  – стандартное отклонение в функции распределения парциальных коэффициентов очистки, d50 – размер частиц, улавливаемых с эффективностью 50%.Соответственно, зная параметр Х по табл., определяем эффективность очистки по фракциям Ф(х).Общая концентрация мелкого песка на выходе из циклона, таким образом, составит        107,78 г/м3.Разделение фракций мелкого песка в батарейном циклонеБатарейный циклон – аппарат, составленный из большого количества параллельно установленных циклонных элементов, объединенных в одном корпусе и имеющих общие подвод и отвод газа, а также сборный бункер. Эффективность разделения в батарейных циклонах существенно выше, чем в одиночных, поскольку циклонные элементы имеют диаметр 150–250 мм, а при данной окружной скорости величина центробежной силы обратно пропорциональна радиусу вращения. Для наших целей возможно применение батарейных циклонов практически любой марки (ЦБ-254Р, ЦБ-231У, ЦБ-2 ПЦБ и др.) [5, 9, 12]. Характеристика песка, подаваемого на раазделение в батарейный циклон, и результаты расчетов батарейного циклона представлены в табл. 3 и 4.              Таблица 3             Характеристика песка, подаваемого в батарейный циклонРазмер частиц,dm,мкм<1,51,5-44-1010-1515-3030-50>50Дисперсия,a %101028,318,719,38,94,7Таблица 4Результаты расчета батарейного циклонаd,мкмфракцион-ный состав до очистки, а1,  в доляхколичество пыли до очистки, г/сХФ(Х)=ηколичество пыли после очистки, г/сфракцион-ный состав пыли после очистки, а2< 1,50,119,474-0,4370,33512,950,2431,5 - 40,119,636-0,1870,42511,2910,2124 - 100,28355,0550,4380,6718,1680,34210 - 150,18736,4661,0370,855,470,10315 - 300,19337,5141,3690,9153,1890,0630 - 500,08917,3921,4110,921,3910,026>500,0489,21,4140,920,7360,014Сумма1194,737-       -     53,1951 Суммарная концентрация песка на выходе из батарейного циклона 29,44 г/м3. Завершающая стадия отделения самых мелких фракций в рукавном фильтре В теории фильтрования степень разделения твердых частиц в общем виде определяется следующей функциональной зависимостью: η = f (Stk, R, D, G, K), где: Stk, R, D, G, K – безразмерные параметры осаждения частиц за счет эффектов инерции, касания, диффузии, гравитационных и электрических сил (2, 12, 13). При разделении мелкого песка и промышленных пылей наибольшее значение имеют механизмы захвата за счет сил инерции и касания [5, 9, 12]. Ограничившись двумя этими механизмами, суммарный коэффициент улавливания (разделения) частиц определится из выражения η =1- (1- ηStk) ×(1-ηкас). Характеристика песка, подаваемого на разделение в рукавный фильтр, и результаты расчетов фильтра представлены в табл. 5 и 6.Таблица 5            Характеристика песка, подаваемого в рукавный фильтрРазмер частиц,dm,мкм<1,51,5-44-1010-1515-3030-50>50Дисперсия,a %24,321,234,210,36,02,61,4                           Таблица 6                                     Результаты расчета рукавного фильтра      d,мкмфракцион-ный состав до очистки, а2,  в доляхколичество пыли до очистки, г/сΣ ηколичество пыли после очистки, г/сфракцион-ный состав пыли после очистки, а3< 1,50,24312,950,0911,780,6211,5 - 40,21211,2910,4436,290,3314 - 100,34218,1680,950,910,04810 - 150,1035,471,00-15 - 300,063,1891,00-30 - 500,0261,3911,00->500,0140,7361,00-Сумма153,195-     18,981  Таким образом, разработана новая комплексная установка классификации вторичного щебня, позволяющая утилизировать мелкие фракции размером 0–20 мм, прежде не используемые из-за отсутствия необходимого оборудования. Все фракции имеют товарную ценность. Кроме того,  при этом существенно снижается антропогенная нагрузка производства на окружающую природную среду [13, 16]. Результаты расчетов и экспериментов по разделению мелких фракций вторичного щебня установки производительностью 40 000 кг/час представлены в результирующей табл. 7.Таблица  7                  Классификация вторичного щебня на комплексной установке         ПараметрАэровиброгрохотОдиночный циклонБатарейный циклонРукавный фильтрФракции, мм≥ 205,0-202,0-5,00,5-2,00,01-0,050,004-0,0150,0015-0,004кг/час220006550345035803787510123%5516,388,628,959,471,280,3