Файл: Григорович, М. Б. Минеральное сырье для промышленности строительных материалов и его оценка при геологоразведочных работах.pdf

Технологические испытания добавок с клинкером ГОСТ 6269—63 не предусматриваются, и необходимость их проведения устанавли­ вается специализированными институтами. Масса таких проб со­ ставляет 50—60 кг. Количество проб определяется в зависимости от наличия на месторождении нескольких пород различных по ка­ честву.

К а р б о н а т н ы е п о р о д ы д л я п р о и з в о д с т в а и з в е с т и и а в т о к л а в н ы х в я ж у щ и х в е ще с т в . Существует два вида извести — воздушная и гидравлическая. В основу технологии про­ изводства известковых вяжущих положена реакция термического разложения карбоната кальция: CaC03—CaO-j-C02— 42,52 ккал, в результате чего образуется окись кальция. Обжиг известняка производится при температуре 1100—1300°. В строительстве извест­ ковые воздушные вяжущие вещества применяются в виде негаше­ ной молотой извести, которая идет для изготовления строительных деталей, конструкций и растворов для зимней кладки, а также в виде гидратяой извести-пушонки. Она является основой штука­ турных и кладочных растворов.

Гашение окиси кальция водой происходит по .следующей реак­

сроска из кристалликов гидроокиси кальция; б) кристаллизации Са (ОН) 2 из насыщенного водного раствора и последующей карбо­ низации углекислотой воздуха по реакции Са (0Г1) 2+ С0 2 = = СаС0 з+ Н 2 0 , происходящей только в присутствии воды; в) вза­ имодействия гидроокиси кальция с кремнеземистыми или алюмо­ силикатными добавками (автоклавные вяжущие).

Гидравлическая известь представляет собой продукт обжига глинисто-карбонатных пород в температурном интервале 1000— 1300°, т. е. до полного удаления углекислоты, но ниже температуры спекания, которая определяется появлением расплава.

Для гидравлической извести характерно совместное присутствие окиси кальция и так называемых клинкерных минералов кальция.

К вяжущим автоклавного твердения относится силикатный (бесцементный) бетон, на основе которого изготовляют армосиликатные изделия.

Силикатный бетон изготовляется из известняка, песка и других материалов. Для его получения применяется обычно смесь следую­ щего состава: 70—80% природного кварцевого песка, 8—15% моло­ того кварцевого песка и 6 —1 0 % молотой негашеной извести. Детали и изделия, изготовленные из плотного и ячеистого силикат­ ного бетона, после запаривания в автоклавах имеют большую механическую прочность (200—500 кгс/см2).

К силикатным изделиям относятся: силикатный кирпич, извест­ ково-силикатные стеновые камни и строительные детали, силикальцитные изделия, известково-песчаные ячеистые изделия, глино- песчано-известковые и глино-известковые изделия. Все они

166

изготавливаются на основе кварцевого песка п извести, а также глины и подвергаются пропариванию в автоклавах. Наибольшее распространение получило производство силикатного кирпича, ко­ торое состоит из следующих операций: просев песка, обжиг извест­ няка и размол извести-кипелки, .смешивание песка с кипелкой и гашение полученной смеси, прессование кирпича и запаривание

вавтоклавах.

Всырьевой смеси содержится 92—95% песка и 5—8 % извести.

Температура в автоклавах при запаривании составляет 174° при давлении пара до 8 ат. Цикл запаривания продолжается 10—14 ч. В зависимости от соотношения концентраций СаО и Si02 в жидкой фазе твердеющих смешанных вяжущих связывание гидроокиси

рации Si02); 2Са(OH)2 + SiOo+(« — 2)Н'>0 = 2Са0 • ЭЮг-лН20 (концентрация СаО выше концентрации Si02).

При наличии аморфного кремнезема процесс может протекать и при нормальной температуре. Но увеличение температуры значи­ тельно ускоряет этот процесс. Кристаллическая кремнекислота реагирует с гидроокисью кальция только в среде насыщенного водяного пара при температуре 174,5—183°.

Взаимодействие между Са(ОН) 2 и кремнекислотой выражается в растворении компонентов в жидкой фазе, химической реакции в растворе и выделении трудно растворимых продуктов реакций — гндросиликатов кальция.

Сырьем для производства известковых вяжущих являются карбонатные породы, главная составная часть которых карбонат кальция.

Карбонатные породы, содержащие глинистое вещество, исполь­ зуются для производства гидравлической извести. Требования к химическому составу карбонатных пород для производства воздушной и гидравлической извести определяются ГОСТ 5331—63,

Размеры кусков устанавливаются соглашением, но количество мелких не должно превышать 5%. Анализы и испытания карбонат-

167

ных пород производят в соответствии с методикой, указанной в том же ГОСТ. Для производства воздушной кальциевой извести пригодны породы, отвечающие требованиям классов А, Б и В.

Породы, относящиеся к классу Г, пригодны для производства магнезиальной извести и к классу Д — гидравлической. Специаль­ ных требований к карбонатным породам для производства авто­ клавных вяжущих не разработано и для этих целей используют строительную известь, отвечающую требованиям ГОСТ 9197—59. Мергелистые карбонатные породы при содержании глинистых веществ более 6 % применять для производства автоклавных вяжу­ щих не рекомендуется (Виноградов, 1971). Требования к кремне­ земистым породам, для изделий и бетонов автоклавного твердения приведены в табл. 8 8 .

Качество силикатного кирпича должно соответствовать требова­ ниям ГОСТ 379—53, согласно которому по механической прочности выделяются три марки: 75, 100 и 150, при водопоглощеиии кирпича не более б—18%, морозостойкости не ниже 15 циклов и объемной массе 1800—1850 кг/см3.

Методика геологоразведочных работ на карбонатные породы для производства вяжущих существенно не отличается от методики работ на эти породы для получения портландцемента, за исключе­ нием меньшей степени детальности изучения.

Технологические испытания карбонатных пород для производ­ ства извести и других вяжущих обычно производятся в лабора­

168

торном масштабе при количестве проб на одном месторождений’. 1—3, и их массе 15—50 кг. Испытание заключается в опытном обжиге и определении показателей извести в соответствии с ГОСТ 9167—59.

Технологические испытания в полузаводском объеме .про­ изводятся только в особых случаях, главным образом при разведкесырья для производства гидравлической извести и снликальцитных изделий.

Гипс — минерал, представляющий собой водный сульфат каль­

Ангидрит — безводный сульфат кальция. Формула его CaSCU (Са 41,2%; S0 3 58,8%). Твердость 3—3,5, благодаря чему ангидрит легко отличить от гипса. Ангидрит обычно бесцветен или окрашен в светло-серый, голубоватый или реже красноватый цвет. В водерастворяется труднее, чем гипс.

В настоящее время строительная промышленность использует почти исключительно гипс.

Важным в практическом отношении свойством гипса является: его способность терять при нагревании воду (полностью или частично, в зависимости от температуры нагрева) и образовывать вещества, которые при смешивании с водой получают пластиче­ скую массу, легко формуемую и постепенно затвердевающую с переходом опять в двухводный кристаллический гипс. Удаление воды из гипса начинается уже при температуре 66 °; при 107° двух­ водный гипс превращается в полуводный с бурным выделением: воды. При дальнейшем нагревании до 200° гипс постепенно пере­ ходит в безводный, который в смеси с водой также обладает способностью затвердевать (схватываться). В интервале 450—750°' образуется «мертвообожженный» гипс, не содержащий воды и прак­ тически не обладающий способностью схватываться, то есть обра­ зовывать с водой затвердевающую массу. При обжиге в темпера­ турном интервале 750—1000° образуется новая модификация гипса, названная эстрих-гипсом, содержащая некоторое количество сво­ бодной извести.

Гипс встречается как в обособленных кристаллах, так и в воде сплошных зернистых плотных масс (гипс-порода). Различают следующие разновидности гипса: 1) крупнокристаллический листо­ ватый; 2 ) тонковолокнистый с шелковистым отливом (селенит); 3) крупноили мелкозернистый; 4) землистый. Цвет гипса белый, отдельные кристаллы водяно-прозрачны и бесцветны; бывает окрашен также в серый, медово-желтый, красный, бурый и черный цвет (в зависимости от цвета захваченных при кристаллизации примесей). Гипс обладает заметной растворимостью в воде, кото­ рая увеличивается при повышении температуры до 37—38°, а затем быстро падает. Скопления гипса, образующие гипс-породу,, в большей или меньшей степени загрязнены примесями — глиной, доломитом, кальцитом. Эти вещества могут как образовывать про-

169

■слои и линзы различной мощности, так и находиться в виде мехалической примеси в самом гипсе.

Благодаря хорошей растворимости гипса в толщах этой породы получает развитие карст в виде как поверхностных воронок, так и внутренних каналов, иногда распространенных на значительные расстояния.

Большая часть добываемого гипса используется в промышлен­ ности для производства гипсовых вяжущих материалов, представ­ ляющих собой продукты, получаемые из природного гипса путем термической его обработки. Только сравнительно небольшая часть гипса (гипсового камня) применяется в естественном, природном виде главным образом в цементном производстве в качестве добавки в клинкер для регулирования сроков схватывания цемента.

Из всех гипсовых вяжущих материалов наибольшее применение имеет строительный пли штукатурный гипс (алебастр), состоящий в основном из полуводного гипса. Он производится путем обжига гипсового камня при температуре 107—120° с последующим или предварительным размолом его в тонкий порошок. Обжиг гипса производится; в печах напольных, камерных, кольцевых, шахтных, вращающихся печах, а также в варочных котлах и установках для обжига во взвешенном состоянии. При переходе в полуводный гипс теряет 15,7% первоначальной массы и, таким образом, из 1 т гипсо­ вого камня получается около 840 кг штукатурного гипса.

При нагревании гипсового камня в герметически закрытых аппаратах в атмосфере насыщенных водяных паров образуются крупные длинные игольчатые кристаллы полуводного гипса. Эта разновидность строительного гипса как вяжущее вещество обладает более высокой прочностью, чем гипс, обожженный в открытых ап­ паратах, и носит название высокопрочного гипса.

К гипсовому камню, идущему для производства штукатурного гипса, ГОСТ 4013—61 предъявляет следующие требования: мас­ совое содержание CaS0 4 -2 H20 в предварительно высушенном ве­ ществе должно быть не менее 90% для первого сорта, не менее 75% для второго и 46,5% для третьего.

Технические требования к гипсовым вяжущим веществам регла­ ментируют ГОСТ 125—57 на гипс строительный, ГОСТ 4746—49 на гипс медицинский, ТУ 31—57 на гипс высокопрочный, ТУ—44 на эстрих-гипс.

Изделия из высокопрочного гипса характеризуются временным сопротивлением сжатию в пределах 150—400 кгс/см2 (против 100— 150 кгс/см2 для обычного штукатурного гипса). Считается, что

.лучшим сырьем для производства высокопрочного гипса является гипсовый камень с содержанием 75—85% CaS04 -2H20.

Эстрих-гипс вырабатывается из гипса или ангидрита путем обжига при температуре 800—1000° с последующим помолом про­ дуктов обжига. Прочность изделий из эстрих-гипса после твердения в течение 28 дней достигает по временному сопротивлению сжатию

170