Безобжиговый кирпич из техногенного карбонатного сырья Юга России

Талпа Б. Безобжиговый кирпич из техногенного карбонатного сырья Юга России // Строительные материалы. 2003 . №11. C. 50-51

В качестве стеновых материалов при строительстве зданий и сооружений в Южном регионе большей частью используется керамический кирпич, что значительно удорожает стоимость зданий и сооружений, а для неответственных сооружений традиционно используются строительные блоки, изготовляемые на основе щебня, песка и цемента. Эти блоки отличаются низкой прочностью (марка по прочности 50?75), неудовлетворительным внешним видом (здания требуют дорогостоящих штукатурных работ, которые в климатических условиях Юга России требуют ежегодных ремонтных работ) и повышенным расходом цемента (до 30%). Приведенные факты указывают, что необходимо искать нетрадиционные сырьевые материалы.

В то же время на Юге России имеют широкое распространение карбонатные породы (известняки, доломиты, известняки пелитовые, мел, травертины и др.) различного вида и происхождения. Кроме того, наши исследования показывают, что на Юге России имеется неограниченная минерально-сырьевая база отходов дробильно-сортировочных заводов, горно-обогатительных комбинатов, отвалов шламов ГРЭС и ТЭЦ.

В пределах Южного региона балансом запасов месторождений строительных камней учтено 156 месторождений с суммарными запасами категорий A+B+C1 1418466 тыс. м3, категории С2 255011 тыс. м3 (ГБЗ ПИ РФ, вып. 66, М., 2001), 15 месторождений облицовочных камней для производства блоков и щебня с балансовыми запасами категорий А+В+С1 20016 тыс. м3 и категории С2 3821 тыс. м3, в том числе 1 ? мрамора (запасы категорий A+B+C1 1925 тыс. м3), известняка (запасы категорий A+B+C1 4384 тыс. м3), 3 ? мраморизованного известняка (запасы категорий А+В+С1 5266 тыс. м3), 2 -туфа (запасы категорий A+B+C1 6837 тыс. м3, категории Со 1650 тыс. м3), 1 ? гранита (запасы категорий А+В+С1 1604 тыс. м3, категории С2 869 тыс. м3) (ГБЗ ПИ РФ, вып. 78, М., 2001), 3 месторождения карбонатного сырья для химической промышленности (запасы категорий А+В+С1 328668 тыс. т), 1 месторождение доломитов для металлургии (запасы категорий А+В+С1 228956 тыс. т) (ГБЗ ПИ РФ, вып. 72, М., 2001), 29 месторождений пильных камней (запасы категорий А+В+С1 126046 тыс. м3), в том числе 25 ? известняка (запасы категорий А+В+С1 99181 тыс. м3), 3 - туфа (запасы категорий A+B+C1 26865 тыс. м3), 1 - мергеля с забалансовыми запасами по категории С1 - 18 тыс. м3 (ГБЗ ПИ РФ вып. 77, М., 2001), 1 месторождение флюсовых известняков (запасы категорий А+В+С1 178658 тыс. т), 17 месторождений мела (запасы категорий А+В+С1 105735 тыс. т) (ГБЗ ПИ РФ вып. 74, М., 2001).

Среди карбонатных образований особую группу представляют осадки, отложившиеся из углекислых и (или) сероводородно-углекислых вод источников различной минерализации и температуры в результате выпадения солей угольной кислоты ? диоксида углерода на термодинамическом и других барьерах (травертины). Наиболее крупными являются поля травертинов в междуречье рек Малка-Гунделен (Республика Кабардино-Балкария) и на горе Машук (Кавказские Минеральные Воды) 111. Ориентировочные суммарные запасы травертинов составляют здесь 5150 тыс. м3. Карбонатные разности травертинов обычно на 95?99% сложены практически чистым СаСО3.

К данной формации могут быть отнесены многочисленные и постоянно пополняющиеся техногенные карбонатные отходы химводоочистки, которые накапливаются в пределах ГРЭС, ТЭЦ и местных котельных, использующих воды с повышенной минерализацией. Эти отходы занимают значительные пространства и при их разносе ветром ухудшают экологическое состояние территорий. По своему качеству данный карбонатный техногенный материал удовлетворяет многим жестким требованиям при его использовании в различных отраслях, но его повсеместное использование сдерживается тем, что получаемый материал находится в тонкодисперсном состоянии и обладает высокой влажностью. Нами разработана технология обезвоживания и грануляции техногенных травертинов, что позволяет использовать их в качестве готового сырья для производства гиперпрессованных изделий.

При добыче и переработке карбонатного сырья в отходы (мелкая фракция при дроблении и обрезки камнепиления) уходит от 10 до 50% добываемого сырья, что значительно снижает технико-экономические показатели перерабатывающих предприятий. Кроме того, предприятия сталкиваются и с экологическими проблемами, так как при складировании этих отходов занимаются значительные площади земель, увеличивается пылевая нагрузка на окружающую среду, происходит размыв отвалов и т. д. [2].

Одним из вариантов решения проблемы утилизации отходов добычи карбонатных пород в регионе и техногенных отходов нами предлагается всестороннее их использование в качестве сырья для получения высокопрочного безобжигового лицевого кирпича методом гиперпрессования, при котором каменный материал получается без обжига и автоклавной обработки. Материалы, получаемые по этой технологии, приобретают необходимую прочность и водостойкость за счет прессования при большом удельном давлении (гиперпрессование) [3,4].

Технология гиперпрессования состоит из двух основных операций: приготовления формовочной смеси (отсевки карбонатных пород, техногенные травертины, цементная пыль, цемент) и прессования изделий.

Изделия на карбонатных заполнителях, изготовленные при давлении прессования 20-60 МПа, имеют прочность при сжатии сразу после прессования 8? 11 МПа, после выдержки в течение 24 ч в естественных условиях -11,2-16,3 МПа, ачерез 28 сут 15,8-42,3 МПа. Плотность в сухом состоянии 1800?2200 кг/м3, водопоглощение ? 0,5-8%. Изделия выдерживают более 35 циклов попеременного замораживания и оттаивания и при насыщении водой не только не уменьшают прочность, но со временем даже увеличивают ее.

Отличительной особенностью производимого лицевого кирпича является набор прочности при эксплуатации и низкая теплопроводность, соответствующая керамзитобетону Пл 1200 по ГОСТ 11024-84.Результаты выполненных нами исследований показали, что минералогический состав заполнителя существенно влияет на свойства получаемых материалов, в первую очередь на прочность. Установлено, что прочность изделий при сжатии и их морозоустойчивость на карбонатном заполнителе значительно выше, чем на кварцевом и керамзитовом песках.

Гиперпрессованные изделия на карбонатных заполнителях имеют привлекательный внешний вид, светлую равномерную окраску, могут быть окрашены природными красителями различной цветовой насыщенности. Этот кирпич помимо высокой прочности обладает улучшенным качеством поверхности (без трещин, просечек, следов пережога и др.), постоянством геометрических форм и размеров. Это позволяет строить здания с минимальным расходом строительного раствора, высоким качеством наружных поверхностей, не требующих штукатурных работ.

Для организации этого производства необходимо небольшое помещение, так как основное технологическое оборудование занимает небольшую площадь. Для технологической цепочки необходим принудительный бетоносмеситель, гидравлический пресс для изготовления кирпича и автопогрузчик или тельфер. Все технологическое оборудование и пресс-оснастка серийно выпускается на Юге России на заводах ?Донкузлитмаш?, КПИ (г. Азов), ООО ?Фирма Точмаш? (г. Армавир) или поставляется из Испании 000 ?Амстро? или TRIBO-SERVICE RUSSIA, S.A. (Ростов-на-Дону), заводе СИТО (Ростов-на-Дону).

В настоящее время уже налажен выпуск гиперпрессованного кирпича и тротуарной брусчатки в Ростове-на-Дону (Зареченский ЖБИ, Спецстрой), Новороссийске (ООО Р-Н-Д), Ставрополе (000 ?Брик Филд?), Геленджике и других городах. Выпускаемая продукция отличается высокими прочностными и декоративными свойствами и успешно используется как для многоэтажного и элитного жилья (коттеджей), так и для строительства вспомогательных помещений (гаражей, складов, магазинов, кафе и др.). Ниже приводятся технические показатели лицевого кирпича (КЛ), производимого ООО ?Р-Н-Д? на основе отходов дробления пород верхнемеловой карбонатной формации, отходов производства цемента и портландцемента марки 500.

Размер, мм..........................................................................250x120x65

Марка ..............................................................................................М-200

Плотность, кг/м3...........................................................................1934

Вес, кг....................................................................................................3,9

Предел прочности, МПа

при сжатии ..........................................................................................25

при изгибе........................................................................................2,34

Структурная распалубочная прочность, МПа................0,8

Водопоглощение, %........................................................................7,5

Морозостойкость .........................................................................F 35

Теплопроводность, Вт/(м?С)...................................................0,321

Радионуклиды, Бк/кг,......................................................менее 300

Технико-экономическая эффективность изготовления гиперпрессованного кирпича определяется следующими показателями:

? организация производства на месте нахождения основного сырья, что исключает транспортные расходы на доставку основного объема исходных материалов;

? экологически чистая технология;

? использование промышленных отходов, не пригодных для повторного применения;

? отсутствие обжига изделий, в связи с чем энергетические затраты на производство гиперпрессованных стеновых и облицовочных материалов значительно ниже, чем керамического кирпича и силикатного кирпича автоклавного твердения;

? возможность изготовления кирпича различной конфигурации и различной цветовой гаммы;

? высокая прочность и эрозионная устойчивость;

? точность и строгость геометрических форм и размеров;

? подверженность механической обработке (тесаный кирпич);

? возможность производства элементов ?дикого камня?. Следует отметить, что химическое сродство элементов кладочного раствора на основе цемента к известняку выше, чем к керамике. Гиперпрессованный кирпич имеет в своем составе и сам цемент, что еще больше увеличивает адгезию кладочных растворов на основе цемента. Это определяет прочность сцепления раствора с кирпичом в пределах 2,53 кгс/см2, достаточную для кладки I категории (нормативное сцепление с раствором более 1,8 кгс/см2).

Послойная прочность кладки из гиперпрессованных кирпичей (на карбонатном заполнителе) на цементно-песчаном кладочном растворе в 1,7 раза выше послойной прочности кладки из керамических кирпичей той же геометрии и на том же растворе. Исследованные сырьевые материалы пригодны для получения гиперпрессованного кирпича, удовлетворяющего требованиям для строительства любых зданий в сейсмических районах, в том числе и для возведения кладки I категории. Этот факт является очень важным для горных и предгорных районов Южного федерального округа.

До сих пор не используются значительные количества техногенных травертинов, которые накапливаются на ТЭЦ и представляют собой проблему при их утилизации. В лаборатории технологической минералогии и новых видов минерального сырья РГУ получены первые положительные результаты по использованию отходов ТЭЦ в качестве прекрасного материала для гиперпрессования.

Таким образом, широко распространенные в пределах Южного федерального округа карбонатные породы различного генезиса и их техногенные отходы представляют несомненный практический интерес при производстве значительных количеств высококачественных строительных материалов. Использование данных отходов позволит существенно улучшить экологическую ситуацию в районах отработки месторождений карбонатного сырья и на станциях ТЭЦ и решить имеющуюся потребность региона в строительных материалах, особенно стеновых, в связи с постоянно увеличивающимися темпами строительства. Для полной объективной оценки ресурсов техногенного карбонатного сырья как в Южном регионе, так и в отдельных областях, краях и республиках целесообразна постановка специализированных региональных работ с построением минерагенической прогнозной карты на это сырье для долгосрочного планирования комплексных геолого-разведочных и эколого-технологических работ в регионе.

Список литературы

1. Седлецкий В.И., Семенов Г.А., Байков А.А. Траверти-ны Альпийского тектонического пояса // Изв. СКНЦВШ. 1991. №4. С. 106-116.

2. Бойко Н.И., Седлецкий В. И., Талпа Б.В. Прогнозирование неметаллических полезных ископаемых на Северном Кавказе. Изд-во РГУ, 1986. 255 с.

3. Талпа Б.В., Бойко Н.И. Новые виды минерального сырья на Юге России // Изв. вузов. Северо-Кавказский Регион. 1995. № 1.

4. Талпа Б.В., Бойко Н.И., Котляр В.Д- Перспективы использования осадочных пород Юга Рос&#