ГЛИНИСТЫЕ СЛАНЦЫ - ЭФФЕКТИВНОЕ МИНЕРАЛЬНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности Строительство. Архитектура.

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Мацапулин Владимир Устимович, Тотурбиев Адильбий Батырбиевич, Черкашин Василий Иванович.

В статье дан краткий анализ эффективности использования нерудного сырья. в основном глинистых сланцев. имеющих стабильно высокий спрос и невысокую себестоимость в производстве строительных материалов. Приведены результаты экспериментальных исследований получения многофункционального низкообжигового насыпного керамического материала из глинистых сланцев.

CLAY SLATES - EFFECTIVE MINERAL RAW MATERIALS FOR PRODUCTION OF CONSTRUCTION MATERIALS.

This paper gives a brief analysis of the use efficiency of non-metallic materials. mainly shale, which are in great demand and have a low cost in production of building materials. The results of experimental studies of production of the multi-functional low-calcination bulk ceramic material from shale are presented.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре. автор научной работы — Мацапулин Владимир Устимович, Тотурбиев Адильбий Батырбиевич, Черкашин Василий Иванович.

Оптимальные параметры внутрикарьерных усреднительных складов на предприятиях нерудной промышленности нашей страны.

2012 / Березовский Сергей Николаевич, Семенюк Славик Денисович, Старолавникова Ольга Максимовна.

Конструкции из бетонов на термопластичном серном вяжущем.

2016 / Усов Б.А. Окольникова Г.Э.

Возможность получения гипсового вяжущего из цитрогипса.

Математическая модель для назначения составов хлормагнезиальных композиций.

2016 / Черных Тамара Николаевна, Крамар Людмила Яковлевна, Трофимов Борис Яковлевич, Орлов Александр Анатольевич.

Оценка состояния и перспективы развития промышленности нерудных строительных материалов в России и Иркутской области.

2016 / Жмурова Т.М. Медведева С.А.

Текст научной работы на тему «ГЛИНИСТЫЕ СЛАНЦЫ - ЭФФЕКТИВНОЕ МИНЕРАЛЬНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

МацапулинВ.У. ТотурбиевА.Б. ЧеркашинВ.И.

ГЛИНИСТЫЕ СЛАНЦЫ - ЭФФЕКТИВНОЕ МИНЕРАЛЬНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Matsapulin V.U. ToturbievA.B. Cherkashin V.I.

CLAY SLATES - EFFECTIVE MINERAL RAW MATERIALS FOR PRODUCTION OF CONSTRUCTION MATERIALS.

В статье дан краткий анализ эффективности использования нерудного сырья, в основном глинистых сланцев, имеющих стабильно высокий спрос и невысокую себестоимость в производстве строительных материалов. Приведены результаты экспериментальных исследований получения многофункционального низкообжигового насыпного керамического материала из глинистых сланцев.

Ключевые слова: нерудное сырье, сланцы, вяжущее, теплоизоляция, низкообжиговый, минеральные добавки.

This paper gives a brief analysis of the use efficiency of non-metallic materials, mainly shale, which are in great demand and have a low cost in production of building materials. The results of experimental studies of production of the multifunctional low-calcination bulk ceramic material from shale are presented.

Key words: non-metallic materials, slates, astringent, insulation, low-calcination, mineral additives.

Введение. Нерудные полезные ископаемые играют значительную роль в экономике любой страны, определяющие масштабное многоцелевое использование их в производстве промышленной и сельскохозяйственной продукции, при создании наукоемких технологий и получении конструкционных материалов, композитов, специальной керамики [1,6]. В России имеются фактически неограниченные запасы нерудных ископаемых для развития мощной строительной индустрии. Республика Дагестан также обладает большими запасами нерудного минерального сырья: известняков, мергелей, аргиллитов, цеолитсодержащих пород, гравия, песка, природного гипса, глин, глинистых сланцев и др. что может являться предпосылками устойчивого и положительного развития строительного комплекса Дагестана [7]. Сырьевая база для производства строительных материалов практически неисчерпаема. Из многих видов нерудного сырья получают самые различные строительные материалы, которые используются в промышленности и строительстве, в естествен.

ном виде или после механической, термической или химической обработки. Разнообразие состава и свойств минералов нерудного сырья предопределяет комплексный характер их использования.

Постановка задачи. В свое время Народным Собранием РД принята Стратегия социально -экономического развития Дагестана до 2025 года, которая предполагает качественно иной экономический рост. Для достижения указанной цели необходимым является реализация инвестиционных проектов в промышленности, АПК, транспорте, а также в строительстве. В этих проектах отрасль строительства является ведущей поскольку на данный момент реализуются проекты по созданию в Республике Дагестан комплекса производства строительных материалов (предполагается выпуск газобетонных блоков и плит, фиброцементных плит, керамического кирпича, железобетонных конструкций), а также по добыче и переработке гипсового камня (производство гипсовых вяжущих, гипсокартона, сухих строительных смесей, пазогребне-вых плит и блоков). Планируется строительство завода по производству аг-ломератной плитки.

Таким образом, бурный рост промышленности строительных материалов и темпов роста строительства требует разработки научных основ прогнозирования и системного обеспечения комплексного освоения и длительной эффективной переработки и эксплуатации нерудных полезных ископаемых с учетом рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. При этом ужесточившиеся в последний период экологические требования требуют пересмотра всей производственной цепочки: от добычи ресурсов для производства стройматериалов до организации процесса строительства на площадке.

Методы исследования. В этой связи в Институте геологии ДНЦ РАН проводятся научно -исследовательские работы по комплексному использованию минерального сырья республики с целью получения строительных материалов различного функционального назначения [2-5]. В частности, исследуются сланцы для использования их в производстве строительных материалов [4,7.

Наиболее крупные месторождения глинистых сланцев в России известны на Кавказе и Урале. Сланцы - горные породы, характеризующиеся почти параллельным расположением входящих в их состав вытянутых или пластинчатых минералов и обладающие способностью раскалываться на тонкие пластинки. По степени регионального метаморфизма среди сланцев выделяются две большие группы: глубоко метаморфизованные - кристаллические сланцы и слабо метаморфизованные горные породы - глинистые сланцы.

Сланцы кристаллические сложены темноокрашенными минералами, полевым шпатом и кварцем. Используются в качестве стройматериалов и огнеупорного сырья. Такой сланец может иметь коричневый, красный, бордовый, зеленый, серый, черный оттенок. Использование кристаллического сланца в строительстве насчитывает много столетий. Его используют для создания кровли, укладки полов и стен, облицовки зданий и сооружений. Сланец иде.

ально подходит для создания классический интерьеров, его с успехом можно использовать и для современного дизайна. Благодаря особенностям его структуры этот природный камень применяют для облицовки стен и кровли. Известность его, как природного материала очень широка. Устойчивость минерала к негативному влиянию окружающей среды из-за его повышенной плотности и структуры, разнообразие его оттенков, делает сланец идеальным материалом облицовочных и кровельных работ.

Глинистый сланец - это глинистая порода сланцеватого сложения имеющая темно-серый и черный оттенок. Наиболее редкими считаются красноватые или зеленоватые цвета. В естественном виде его используют в качестве кровельного, облицовочного и стенового материала. Уникальные свойства глинистых сланцев обуславливают их использование в керамической промышленности в качестве сырья многоцелевого назначения, обладающих способностью при соответствующей термической обработке увеличиваться в объеме в 3-8 раз, что имеет большое значение в получении керамзита и изготовления на его основе прочного керамзитобетона. Глинистые сланцы являются гораздо более дешевым природным сырьем для производства керамических материалов. Глинистые сланцы являются хорошим сырьем в производстве портландцемента. Основой для производства почти всех известных видов строительных материалов могут служить так называемые горелые породы - пустые породы, обожженные при подземных пожарах или при самовозгорании терриконов.

Широкий спектр возможного использования глинистых сланцев в строительной индустрии предопределил наши работы в области изготовления новых строительных материалов на их основе. Однако учитывая возможность радиационного загрязнения различных компонентов, нами была предпринята предосторожность, и с этой целью был проведён радиационный анализ глинистого сланца, в результате которого установлено, что в указанном исходном материале содержание естественных радионуклидов, выраженной величиной удельной эффективной активности, не превышает порогового значения в 370 Бк/кг. Данный материал по классификации РКСМ относится по виду использования к 1 классу (использование без ограничений), имеется сертификат РКСМ. Далее приведены результаты исследований результаты которых позволяют сделать вывод о возможности использования глинистых сланцев для производства новых строительных материалов.

Результаты эксперимента и их обсуждение. Используемый глинистый сланец Дагестана представляет собой смесь глинистых минералов: хлорита, гидрослюдистого образования, полевых шпатов, гидрооксидов железа и кристаллического кварца. Химический состав глинистого сланца приведён в таблице 1, откуда следует, что исходный материал в основном содержит оксиды кремния, алюминия и железа, а оксиды кальция и магния представлены в незначительном количестве. Потери при прокаливании (9,67 %), видимо, определяются дегидратацией глинистых минералов, а также выгоранием органики. В наших исследованиях глинистые сланцы изначально рассматривались.

как компонент получения низкообжигового керамического материала для изготовления насыпного теплоизоляционного материала, заменяющий керамзитовый песок.

Таблица 1 - Химический состав глинистого сланца.

п.п.п. SiO2 Ai2Oз Fe2Oз CaO MgO SOз Na2O ад ТО2.

Исходный сланец 9,67 52,8 20,18 9,60 0,69 2,98 1,68 0,32 1,62 0,8.

Примечание: п.п.п.- потери при прокаливании.

С этой целью свежедобытый глинистый сланец, состав которого приведен в табл. 1, складывался в гряды, где он длительное время подвергался атмосферному воздействию, что способствовало разрыхлению и разрушению его природной структуры. В результате камнеподобная глина измельчалась до фракции с крупностью зерен от 0,14 до 70 мм. Затем измельченная камне-подобная глина подвергалась термоудару во вращающейся печи в интервале температур 700 - 800°С с последующей выдержкой в течение 20 - 30 мин. При таком режиме термообработки происходило растрескивание и расщепление глинистого сланца на множество зерен, лепестков и пластинок, что привело к уменьшению насыпной плотности керамического заполнителя. Здесь исключаются необходимые технологические процессы как при получении керамзитового песка: формование или механическое дробление для получения гранул или зерен определенной фракции, сушка, обжиг при высоких температурах, охлаждение. Это в свою очередь упрощает технологию получения керамического заполнителя.

Насыпная плотность керамического заполнителя, полученного из глинистого сланца по такой упрощенной технологии - 0,8-0,9 т/м3, что вполне может заменить функции керамзитового песка - насыпного теплоизоляционного материала. При этом разработанный низкообжиговый керамический заполнитель имеет шероховатую поверхность зерен, что будет способствовать хорошему сцеплению в композиционном материале.

Следующий этап наших исследований был направлен на использование обожженных глинистых сланцев в качестве активной минеральной добавки для приготовления известково -пуццоланового вяжущего, а также при помоле клинкера с получением портландцемента (до 20%), либо пуццоланового цемента (до 40% добавки.

Для предварительной оценки возможности приготовления из представленного материала активной минеральной добавки была проведена серия обжигов исходного сырья при температуре 550°С, 800°С и 1250°С. Выдержка минерала в обжиговой печи при заданной температуре была принята во всех режимах 1 час. Для получения сравнительной оценки гидравлической активности материала, полученного при каждом из обжигов, были изготовлены образцы из обожжённого материала в виде кубиков размером 1х1х1 см.

Составы изготовленных образцов отличались по соотношению цемента и добавки соответственно 1:4 и 1:1 (табл. 2). Образцы изготавливались из це.

ментного теста (без песка). Формы с образцами выдерживались сутки во влажной среде, а затем расформовывались и помещались в ванну с водой. Испытания прочности на сжатие проводились на ручном прессе через 3, 7, 14, 21 и 28 суток.

Таблица 2 - Составы сухих смесей цементного камня.

№ образца Содержание компонентов.

п/цемент сланец (5500С) сланец (8000С) сланец (12500С.