Песка в пустынях миллиарды тонн: почему его почти не используют для бетона и откуда берут строительный

На фотографии Сахары разговоры о нехватке строительного песка кажутся почти нелепыми. Дюны уходят за горизонт — строй хоть целый город. Я тоже долго думала примерно так. Но для бетонного завода песок из пустыни и песок из карьера совсем не одно и то же. Важны размер зёрен, чистота и плотность их укладки.

Бетону нужны зёрна разных размеров

Бетон часто представляют затвердевшей смесью цемента и воды. На самом деле большую часть его объёма занимают заполнители: песок, щебень или гравий. По данным Американской ассоциации цемента, на них приходится примерно 60-75% объёма смеси. Цементное тесто заполняет промежутки и связывает частицы. Пространство между крупными камнями должны занимать зёрна поменьше, а оставшиеся пустоты — совсем мелкие. Такая смесь хорошо уплотняется и не требует лишнего цемента.

Поэтому песок оценивают по набору частиц разных размеров. В нём не должно быть избытка глины, органических примесей, солей и пыли. Проверяют и минералы, способные вступать в нежелательные реакции. Цвет и ощущение под пальцами почти ничего не доказывают.

Почему ветер портит песок для бетона

Часто говорят, что пустынные песчинки слишком круглые и цемент за них не держится. Меня эта фраза сначала запутала. Речной песок тоже бывает окатанным, но его применяют в бетоне. Форма зёрен важна, однако дело не только в ней.

Ветер переносит лёгкие частицы и собирает в дюнах зёрна близкого размера. Во многих пустынях песок получается слишком мелким и однородным. Одинаковые частицы хуже заполняют промежутки, поэтому смеси может потребоваться больше цементного теста, воды или добавок. Состав дюн различается, поэтому называть любой пустынный песок бесполезным неправильно. Но без испытаний отправлять его в обычную смесь нельзя. Могут измениться подвижность, прочность и долговечность бетона.

Откуда берут природный песок

Чаще всего строительный песок берут в обычных наземных карьерах. Под слоем грунта там лежат древние речные, озёрные или ледниковые отложения. Песок выкапывают, просеивают, разделяют на фракции, а если в нём много глины и пыли, ещё и промывают. Добывают его и в руслах рек или поймах. Вода сама перемещает и частично сортирует песчинки, поэтому такой материал нередко подходит для бетона. Хотя название «речной песок» само по себе ничего не гарантирует. В нём тоже встречаются глина, пыль и минералы, способные ухудшить свойства смеси.

Но вынимать песок можно далеко не из каждой реки. Если добыча становится слишком интенсивной, меняется течение, а берега начинают разрушаться быстрее. Эксперты программы по окружающей среде предупреждают и о других последствиях: возрастает риск затоплений, а в подземные воды может проникать соль. Поэтому подходящее месторождение ещё не означает, что его разрешат разрабатывать.

Когда песок получают из камня

Если подходящего месторождения рядом нет, используют дроблёный песок. Гранит, известняк или базальт пропускают через дробилки, а затем сортируют. Крупные частицы отправляют на повторное дробление, лишнюю пыль удаляют воздухом или водой. Получаются угловатые зёрна, которые хорошо сцепляются с цементным тестом, хотя смесь иногда становится менее подвижной. Зато производитель может управлять набором размеров. Такой песок часто называют искусственным. Признаюсь, название сбивает с толку: перед нами обычная горная порода, просто измельчённая до требуемой фракции. Используют и песчаные фракции из раздробленного бетона и отходов горных предприятий. Эксперты считают их возможной заменой части природного сырья. Такой материал всё равно очищают и проверяют.

Морской песок приходится отмывать

Берут и там. Специальные суда поднимают донные отложения, после чего материал обезвоживают и сортируют. Оставшиеся хлориды способны ускорять коррозию арматуры, поэтому песок промывают и проверяют. Удаляют также ракушки, ил и органические остатки. По оценке Marine Sand Watch, ежегодно в морской и прибрежной среде извлекают от 4 до 8 млрд тонн песка и других отложений. Не всё идёт в бетон, часть используют для намыва территорий. Интенсивная добыча при этом меняет дно и повышает мутность воды.

Итого: песка много, но подходящий находится не везде

Песок дешёвый, но тяжёлый, поэтому дальняя перевозка иногда стоит дороже самого материала. Как отмечает Геологическая служба США, его стараются добывать рядом со стройками. Отсюда и местный дефицит: песчинок на планете хватает, а доступных карьеров возле растущих городов становится меньше. По данным ООН, человечество расходует около 50 млрд тонн песка в год. Пустынный материал тоже пытаются использовать. Исследование показало, что небольшая добавка песка из пустыни Му-Ус в некоторых составах не снизила прочность бетона. Но просто засыпать дюны в бетономешалку нельзя: материал нужно просеивать, смешивать с более крупными частицами и проверять. Поэтому основными источниками пока остаются карьеры, реки, дробильные предприятия и морское дно.