Ресурсосбережение в строительстве. Использование вторичного сырья в производстве строительных материалов Особенности утепления минеральной ватой деревянных домов

В качестве строительного минерального сырья используется большой пере­чень горных пород, пользующихся широким, а некоторые - весьма ограничен­ным распространением на территории Крымского полуострова. Среди большо­го разнообразия строительного минерального сырья по его предназначению и практическому использованию выделяется более 10 групп . Так, в качестве цементного сырья в Крыму используются мергель и суглинки, запасы которых в большом количестве (188,1млн.т) сосредоточены в Бахчисарайском комплексном месторождении. На их основе функционирует одноименный цементный завод, который полностью обеспечивает потребность Республики в цементе высокого качества. Для производства цемента предназначены также запасы трепельных глин Баксинского месторождения в количестве 680 тыс.тонн в Ленинском районе, однако они в данное в Ремя не используются. В качестве сырья для производства стекла многие годы использовался чистый кварцевый песок Заморского месторождения в Ленинском Районе. К настоящему времени разведанные запасы этого месторождения отработаны. Других месторождений высококачественного песка для стекольного производства не выявлено, так как он имеет весьма ограниченное распространение в нашем регионе (Рас.Ю).

В качестве сырья для строительной керамики используются преимуществен-

0 глины, имеющие широкое распространение на полуострове(рис.П). Глинистые

°Роды приурочены к отложениям различного возраста от триаса и сред-

е и юры до четвертичного. Практическое значение имеют глины нижнего мела,

°бенно пластичные глины аптского яруса, которые широко используются для

производства строительного кирпича. Разведано и учтено Государственным ба­лансом 12 месторождений этого сырья: Марьинское, Партизанское, Керченское, Феодосийское, Балаклавское, Баксинское, Васильковское, Зеленогорское, Марь-яновское, Вилинское, Константиновское и Молочное. Общие разведанные запасы их значительные (млн.м 3): глины обычной - 23,8; глины аргиллитоподобной - 6,4; глины трепельной - 0,5; суглинков - 3,2. Эксплуатируются 2 месторождения.

Сырьем для производства строительного камня (бута, щебня, крошки, искус­ственного песка) являются карбонатные и изверженные горные породы(рис.12).

Карбонатные породы широко распространены. Они представлены 4-мя разновидностями: высокопрочными мраморизованными известняками верхней юры и сходными по качеству известняками нижнего мела; известняками средней прочности сарматского и мэотического возраста на Керченском полуострове и малопрочными известняками сарматского, мэотического и понтического возраста в Равнинном Крыму и на Тарханкутском полуострове. Учтено 23 месторождения известняков с разведанными запасами 119,1 млн. м 3 и предварительно разведанными 25,5 млн. м 3 .

Извержанные горные породы представленны диоритами, диабазами, диабазовыми порфиритами и плагиогранитами. Распространены они весьма ограниченно. Большая часть тел этих пород сосредоточена в районах между г. Алушта и Гурзуфом, к югу и юго-востоку от г. Симферополя, в долинах рек Салгирка, Альмы и Бодрака. Они слагают небольшие тела в виде лакколитов, пластовых залежей и штоков. Разведано 5 месторождений изверженных горных пород с общими запасами 41,1 млн. м 3 . Кроме того, разведано 1 месторождение песчаника Бугаз на территории Судакского городского совета с запасами 175 тыс. м 3 , из них 150 тыс. м 3 разведанные.

Всего в Крыму выявленно 29 месторождений строительного камня с общими запасами 186,3 млн. м 3 . Разрабатываются 15 месторождений, годовой объем добычи составляет 170 тыс. м 3 .

В строительной индустрии широко применяются стеновые блоки и камни из горных пород - так называемых пильных известняков. В качестве сырья для про­изводства стеновых блоков используются мшанковые известняки датского яруса нижнего палеогена и нуммулитовые известняки симферопольского яруса средне­го палеогена, а стенового камня - менее прочные известняки-ракушечники нижнего палеогена, нуммулитовые известняки симферопольского яруса среднего палеогена, известняки-ракушечники верхнего сармата, оолитовые и детритовые известняки мэотиса, раковинно-детритовые известняки понтического яруса. Разведано 96 месторождений известняка, из которых 36 находятся в эксплуатации и 12 месторождений подготавливаются к промышленному освоению. Общие разведанные запасы этого сырья составляют 308,1 млн. м 3 и 4,4 млн. м 3 - предварительно раведанные. Годовой объем добычи в 1999 г. составил 513 тыс. м 3 , что в 6,2 раза меньше по сравнению с добычей в 1988 г. Потери сырья при добыче составили 30,8%. Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, которые при скоростном обжиге без добавок или с неорганическими (с содержанием железа и алюминия) и органическими (мазут, соляровое масло, древесные опилки, бурый

уголь, торф, отработанное машинное масло и др.) добавками, вспучиваются, образуя легковесный гравий . В качестве керамзитового сырья пригодны глинистые сланцы таврической серии (триас - нижняя юра), глины майкопской серии (олигоцен - нижний миоцен), миоцена (нижнего подъяруса сарматского яруса) и плиоцена. Особенностью этих глин является преобладание в их составе монтмориллонита, гидрослюд, а также наличие примеси органического вещества.

Разведано 4 месторождения с общими запасами 28,5 млн.м 3 ; периодически разрабатывается одно Плодовское месторождение.

Пески, пригодные для строительства, вне пляжей не имеют широкого распро­странения. Они представляют собой смесь в разной степени окатанных зерен минералов и горных пород четвертичного, неогенового, палеогенового и мелового возраста. Наибольший интерес имеют морские и озерные пески, однако разработка морских песков запрещена, так как это приводит к разрушению пляжной зоны морского побережья и к активизации оползневых процессов. Разведано 2 месторождения: Донузлавское, приуроченное к донным отложениям оз. Донузлав, с разведанными запасами в количестве 10,5 млн. м 3 и предварительно разведанными 854 тыс. м 3 , и Крымрозовское с разведанными запасами песка 1,8 млн. м 3 . Разрабатывается только Донузлавское месторождение; в 1999 г. было добыто 246 тыс. м 3 песка.

Разведано также одно Сасыкское месторождение песчано-гравийной смеси на оз. Сасык-Сиваш с запасами 3,7 млн. м 3 . В 1999 г. здесь было добыто 61,0 тыс.м смеси.

Для производства извести используются обычные известняки. Для этих целей разведано 7 месторождений с запасами 154,6 млн.тонн, из них разрабатывается одно Евпаторийское месторождение с запасами известняка 64,8 млн.тонн. В1999 г. здесь было добыто 573 тыс. т. известняка. Разведано одно Элькеджи-Элинское месторождение гипса в Ленинском районе с запасами 2,1 млн. т. Разведано 2 месторождения строительного мергеля: Барасханское с запасами 661 тыс. т. и Феодосийское с запасами 861 тыс. т. В 1999 г. была добыта всего 1 т. мергеля на Барасханском месторождении.

Подготовлена сырьевая база облицовочных материалов. С этой целью разве­дано 3 месторождения: Белинское (Ленинский район), представленное мшанко- выми рифогенными известняками, Биюк-Янкойское (Симферопольский район) и Гаспринское (Ялтинский горсовет) мраморовидных известняков. Запасы их значительные, порядка 9.75 млн.м 3 , а за исключением Гаспринского месторож­дения, где вряд-ли возможны горные разработки, - 3.5 млн.м 3 . Месторождения не разрабатываются.

На мощной минерально-сырьевой базе в Крыму налажено производство строительной минеральной продукции широкого ассортимента. В табл. 4 приводится динамика производства строительных материалов в период с 1980 г. по 1999 г. Несмотря на большой перечень производимой минеральной продукции, Крым не полностью обеспечивает свою потребность в некоторых видах стройматериалов.

Таблица 4.

Динамика производства строительных материалов за период

с 1980 по 1999 год (по данным Комитета Автономной

Республики Крым по статистике).

Из-за ограниченности разведанных запасов и подготовленных к разработке объектов некоторые предприятия продолжают завозить из других регионов Украины строительный песок, высокопрочный щебень и высококачественные облицовочные материалы (мрамор, гранит, лабрадорит). Как видно из таблицы, объем производства минеральной продукции для строительства в период 1990 -1999гт. последовательно с каждым годом сокращался и в 1999 году по отноше­нию к 1990 году составил 63,1% по стеновым блокам, 54,3% по песчано-гравийной смеси, 37, 3% по бутовому камню, 35,7% по цементу, 17,0% по кирпичу строительному, 12,9% по стеновым материалам, 12,5% по щебню, 11,6% по строительной извести. Объем производства остальных видов продукции составил от 1,1% до 6,0%. Сократилась также в 3 раза по сравнению с 1990 годом добыча известняка для производства металлургического флюса в районе Балаклавы и на Керченском полуострове, что объясняется значительным сокращением (более чем в 2 раза) выплавки чугуна и стали в Украине. Резкий спад производства минеральной продукции для строительства полностью отражает кризисное состояние экономики. Конечно, сокращение горных работ с целью добычи полезных ископаемых есть благо с точки зрения экологии, а именно снижения техногенных нагрузок на окружающую среду. Однако постоянно высокая потребность в строительных материа­лах и экономическая нецелесообразность их транспортировки на большие расстоя­ния из других регионов Украины предопределяют необходимость освоения собст­венных сырьевых баз минеральных ресурсов в разумных пределах и с соблюде­нием норм природоохранного законодательства.

Своему появлению минеральная вата обязана извержению вулкана и Эдварду Перри, английскому инженеру. Именно он обратил внимание на то, что во время извержения выбрасываются не только лава и пепел, но также образуются тончайшие волокна расплавленного и застывшего на лету шлака. Из множества таких волокон получался отличный теплоизоляционный материал с качествами, совершенно не свойственными базальту. Если сказать проще, минеральная вата — это камень со свойствами одеяла, которое можно сворачивать в рулон, заматывать в него, оборачивать вокруг чего-нибудь, сжимать, резать и т. д.

Производство минеральной ваты

Первые попытки наладить производство минерального утеплителя на основе базальтового волокна были предприняты еще в середине XIX века. Но из-за низкой эффективности технологического процесса и исключительной вредности производства на тот момент от него пришлось отказаться вплоть до 80-х годов XIX века.

Суть современной технологии производства в целом идентична первоначально изобретенной. С той разницей, что в качестве сырья могут выступать не только такие горные породы, как базальт, доломит, диабаз, известняк, но и шлак, образующийся в результате работы доменной металлургии.

Для производства стекловаты используют смесь известняка, соды и песка, или стеклянный бой. Предварительно подготовленную смесь нагревают до температуры 1300-1500 °С и помещают в центрифугу. Дальше на высокой скорости горячую смесь разбивают специальные валки. В результате получают миллионы тончайших каменных нитей, которые смешивают в специальных формах со связующим, в качестве коего выступает формальдегидная смола.

Базальтовый утеплитель в строительстве

Утеплитель на основе минерального волокна по праву считается наиболее универсальным вариантом теплоизоляции. Такой материал имеет длительный срок эксплуатации и, как следствие, используется там, где необходима многолетняя и надежная теплоизоляция.

Он широко используется в современном строительстве. Уникальные свойства минеральной ваты существенно расширяют область ее применения, делая незаменимым материалом при термоизоляции многоэтажных зданий, возведении кровли промышленных сооружений, утеплении загородных коттеджей и пр. Широко применяется минвата и для теплоизоляции оборудования и трубопроводов в осенне-зимний период.

Такие производители, как ROCKWOOL и ISOVER выпускают свою продукцию в соответствии с требованиями европейских стандартов безопасности. Современная минеральная вата относится к классу негорючих материалов и способна активно противостоять распространению пламени, в связи с чем может быть использована в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты, защищающей конструкцию от воздействия высокой температуры, вплоть до 1000 °С.

Эта отличительная особенность минваты позволяет эффективно использовать ее при теплоизоляции трубопроводов и других объектов с высокими рабочими температурами.

Минеральную вату в качестве теплоизоляционного материала применяют в различных областях строительства:

• утепление любых видов кровли, в том числе плоской крыши ;
• применение в системе наружной теплоизоляции;
• для утепления вентилируемых фасадов;
• утепление слоистой кладки и в сэндвич-панелях;
• теплоизоляция судовых корпусных конструкций и судовых помещений;
• термоизоляция трубопроводов при температуре от -120 до +1000 °С;
• огнезащита строительных конструкций и вентиляционных систем.

Для установки на объектах, где минвата во время монтажа или в процессе эксплуатации подвергается воздействию сильных нагрузок, производят жесткий базальтовый утеплитель. Прочность на сжатие такой теплоизоляции варьируется в зависимости от плотности и содержания связующего.

Выпускают также различные модификации, состоящие из двух слоев разной плотности, и рекомендованные для теплоизоляции вентилируемых фасадов. Устанавливают такую термоизоляцию более плотной частью наружу (со стороны вентиляционного зазора), а менее плотной — к стене здания.

Основные характеристики утеплителя из минеральной ваты

Теплоизоляция

Минеральная вата — это высокопрочный теплоизоляционный материал. Хаотичная структура расположения базальтовых волокон обеспечивает устойчивость минваты к механическим нагрузкам. Строго нормированный для кровельных и фасадных теплоизоляционных систем показатель — прочность материала на сжатие. У каменной ваты он, при десятипроцентной деформации, от 5 до 80 кПа. Стабильность формы и высокая структурная прочность базальтовых утеплителей обеспечивают долговечную и надежную изоляцию конструкций. При соблюдении технологии установки и правил эксплуатации утепление может прослужить до 70 лет.

Водоотталкивающие свойства

Одно из важнейших качеств минерального утеплителя — это его водоотталкивающие свойства, позволяющие не допустить попадания влаги в воздушные поры материала и, как следствие, увеличение коэффициента теплопроводности. Такое преимущество минваты делает ее незаменимой при утеплении помещений с повышенным уровнем влажности, таких, как бани или сауны, спортивные помещения, предприятия общественного питания.

Звукоизоляция

Кроме теплоизоляционных свойств, базальтовый утеплитель обладает прекрасными шумоизоляционными характеристиками, препятствуя распространению звуковых волн между смежными поверхностями стены. Он идеально подходит для установки между листами гипсокартона в простенках.

Паропроницаемость

Одним из немаловажных качеств минеральной ваты можно назвать высокую паропроницаемость. Она способна свободно пропускать избыточную влагу, содержащуюся в воздухе, оставаясь сухой и не теряя теплоизоляционных качеств.

Устойчивость к химическому воздействию

Среди важнейших преимуществ базальтового утеплителя, определяющих его конкурентоспособность, можно назвать устойчивость к химическому воздействию. Базальтовое волокно — это химически пассивная среда, которая не провоцирует коррозию контактирующих с ней металлических конструкций. По тем же причинам она не подвержена гниению и образованию грибка и плесени.

Экологичность

Несмотря на бытующее мнение, нет причин опасаться выделения фенола при эксплуатации базальтовой ваты. Дело в том, что в процессе производства происходит полная нейтрализация фенола. Это и послужило основанием к международной классификации базальтовых утеплителей как наиболее экологически безопасных материалов.

Особенности утепления минеральной ватой деревянных домов

Минеральная вата — единственный утеплитель, который подходит для деревянных домов. Благодаря своей структуре она формирует дышащий слой — в отличие от герметизирующих утеплителей, создающих эффект термоса.

Так как каменная вата — это негорючий строительный материал, она будет препятствовать распространению огня. Напротив, популярный из-за своей невысокой стоимости пенополистирол (пенопласт) при горении выделяет смертельный для человека газ.

Грызуны, вероятность встречи с которыми в деревянных домах совсем не исключена, совершенно равнодушны к базальту, а вот утеплитель из органических веществ они разрушают регулярно.

На видео демонстрируется процесс производства минеральной ваты .

Мы продолжаем серию публикаций о минерально-сырьевой базе промышленности строительных материалов регионов нашей страны. Информация любезно предоставлена Центральным научно-исследовательским институтом геологии нерудных полезных ископаемых (г. Казань).

КРАСНОДАРСКИЙ КРАЙ

Краснодарский край - один из крупнейших субъектов Южного федерального округа, где осуществляется 38% объема работ, выполненных в этом округе по договорам строительного подряда (44548, 3 млн. рублей в 2003 г.). Промышленность строительных материалов Краснодарского края занимает 4 место (8, 1%) в отраслевой структуре производства промышленной продукции после пищевой промышленности, электроэнергетики, машиностроения и металлообработки. Краснодарский край занимает второе место в России по производству строительного кирпича, четвертое - по производству цемента и пятое место - по выпуску сборных железобетонных изделий и конструкций.

Минерально-сырьевая база промышленности строительных материалов края, представленная запасами и ресурсами строительного камня, песчано-гравийных материалов, строительных и силикатных песков, цементного сырья, карбонатных пород для производства извести, гипса, кирпичных и керамзитовых глин, создает благоприятные условия для успешного функционирования строительного комплекса (табл.1).

Государственным балансом цементного сырья в Краснодарском крае учтено б месторождений, в том числе 5 месторождений мергелей и одно - гидравлических добавок (опок). Суммарные промышленные запасы на 1 января 2004 г. составляют по мергелям - 744, 4 млн. т, по опокам - 86, 8 млн. т.

В разработку вовлечены 5 месторождений, одно месторождение мергелей находится в Государственном резерве. Суммарные промышленные запасы разрабатываемых месторождений составляют 582, 7 млн. т, из них 495, 9 млн. т - мергели и 86, 8 млн. т - опоки. Добыча за 2003 г. составила 4918 тыс. т (43% добычи в Южном федеральном округе), из них мергели - 4546 тыс. т и опоки - 372 тыс. т. Добычу и переработку цементного сырья в 2003 г. осуществляли ОАО "Новоросцемент" и "Верхнебаканский цемзавод".

В составе ОАО "Новоросцемент" действуют три цементных завода. Сырьевой базой заводов "Пролетарий" и "Октябрь" служит месторождение мергелей Новороссийское 1+3; цементный завод "Первомайский" разрабатывает Новороссийское 4 месторождение мергелей. Карьер "Нижнебаканский" действует на базе Баканского месторождения опок. Суммарный объем добычи составил в 2003 году 4081 тыс. т мергелей и 194 тыс. т опок, на базе которых произведено 5719 тыс. т клинкера, 2649 тыс. т цемента для потребителей Краснодарского края и других регионов. Спектр выпускаемого портландцемента чрезвычайно широк: портландцемент М-500, портландцемент М-бОО, портландцемент для асбоцементных изделий, тампонажный, быстрозатвердевающий, сульфатостойкий.

Сырьевой базой ОАО "Верхнебаканский цемзавод" является Верхнебаканское месторождение мергелей, где в 2003 г. было добыто 251 тыс. т мергелей, из которых произведено 164 тыс. т сульфатостойкого портландцемента.

Общий объем производства цемента в 2003 г. по Краснодарскому краю составил 2812, 9 тыс. т, или 42, 5% его выпуска в Южном округе.

Правом отработки Новороссийского 2 месторождения мергелей обладает ЗАО "Атакайцемент ЛТД"; в 2003 г. предприятие добычных работ не вело и цемент не производило.

Обеспеченность действующих горнодобывающих предприятий сырьем превышает 100 лет.

В крае расположены четыре месторождения гипса (Шедокское, Бесленеевское, Передовское, Передовское II) с суммарными запасами промышленных категорий 62410 тыс. т, одно из которых - Шедокское - с запасами 27687 тыс. т разрабатывается ОАО "Кубанский гипс-Кнауф". Это месторождение входит в число 12 главнейших в России месторождений. Добыча гипсового камня в 2003 г. составила 510 тыс. т (7, 8% добычи по России). Основным его потребителем является ЗАО "Белгородский гипс".

Гипс используется для производства гипсовых вяжущих материалов (строительного гипса) и добавок в различные виды цемента, кроме того, в небольших объемах может быть использован как облицовочный камень для внутренней облицовки зданий. Наибольшее применение имеет строительный гипс, получаемый путем обжига гипсового камня. Он применяется для штукатурных и отделочных работ, изготовления гипсокартонных перегородочных, звукопоглощающих плит и др. Строительный гипс должен отвечать требованиям СТ СЭВ 826-77, лимитирующим сроки схватывания, степень помола и предел прочности на сжатие. Высокопрочный гипс применяется для изготовления гипсобетона, строительных деталей и изделий. Гипсовое сырье должно отвечать требованиям ГОСТа 4013-82.

Минерально-сырьевая база строительного камня Краснодарского края насчитывает 31 месторождение с суммарными запасами промышленных категорий 261, 4 млн. куб. м. Промышленностью освоены 19 месторождений, из которых в 2003 г. разрабатывались 13. Общий объем добычи составил 1813 тыс. куб. м. Строительный камень представлен известняками, известняками-ракушечниками, песчаниками, мергелями. Наиболее крупные объемы строительного камня добываются ОАО "Медвежья Гора" на Дербентском месторождении известняковых конгломератов; карьероуправлением "Анапское" на Веселенском месторождении ракушечника; управлением строительства N 12 УМР - 406 на месторождении мергеля Шесхарис; ОАО "Автобан" на Кобзинском месторождении конгломерата, гравелита, песчаника; филиалом ООО "Магистраль - Кавказ" на участке Карьер ОАО "Неруд - АО" Адербиевского месторождения мергеля.К освоению подготавливаются Неберджаевское II месторождение известняка и Медвежьегорское - известкового конгломерата.

РОСТОВСКАЯ ОБЛАСТЬ

Ростовская область - один из крупнейших субъектов Южного федерального округа. Занимает 2 место в округе по площади занимаемой территории (после Волгоградской области) и численности населения (после Краснодарского края). По объему произведенной в 2003 г. промышленной продукции - 119, 9 млн. руб., область занимает 1 место в округе (26, 3%).

Основой научно-технического и экономического потенциала области являются машиностроительный (23, 9%), топливно-энергетический (17, 9%) комплексы и пищевая (23, 1%) промышленность.

Здесь осуществляется 14, 7% объема работ, выполненных в округе по договорам строительного подряда (17025, 4 млн. рублей в 2003 году). Доля промышленности строительных материалов области в отраслевой структуре производства промышленной продукции составляет 3, 6%.

Ростовская область занимает 2 место в округе по производству строительного кирпича, сборных железобетонных конструкций и изделий, 4 место по производству цемента.

Минерально-сырьевая база строительных материалов Ростовской области представлена запасами цементного сырья, карбонатных пород на известь, глино-гипса, строительных и пильных камней, тугоплавких глин для строительных изделий, керамзитового сырья и др. (табл. 2).

В Южном федеральном округе Ростовская область выделяется запасами и добычей строительного камня. Здесь сосредоточено 47, 8% промышленных запасов и 44, 5% добычи округа. Камень представлен осадочными породами - песчаниками и известняками, из которых получают щебень высокой и средней прочности.

По состоянию на 1.01.04 г. в области насчитывается 82 месторождения строительного камня с общими запасами промышленных категорий 865, 0 млн. куб. м (табл.1), из которых в разработку вовлечено 49 с суммарными запасами категорий А+В+С1 - 335, 6 млн. куб. м, однако разрабатывались в 2003 г. 22 месторождения. Добыча составила 3363 тыс. куб. м.

Наиболее крупные объемы строительного камня добываются ОАО "Волгодон" на месторождении Жирновское (известняк); ОАО "Апанасовское" на месторождении Провальское II (известняк); Дорожным предприятием "Путь" на месторождениях песчаников Мало-Гнилушанское, Аютинское I; ОАО "Богураевнеруд" на месторождениях Богураевское (известняк) и Репнинское (песчаник); ОАО "Нерудпром" на месторождении песчаника Мартынов Курган и др.

В нераспределенном фонде находятся 33 месторождения. Их суммарные запасы кат. А+В+С1 составляют 529, 4 млн. куб. м.

В строительном комплексе области широко применяются в горные породы, используемые для получения пильного камня. Применение пильных камней и блоков эффективно в разных климатических, сейсмических, экономических условиях. В промышленности используются в основном органогенные и органогенно-хемогенные оолитово-ракушечниковые разности известняков.

В соответствии с требованиями ГОСТа стеновые камни и блоки подразделяются на марки в зависимости от предела прочности на сжатие - от 4 кгс/кв. см для камней и от 25 кгс/кв. см для блоков до 400 кгс/кв. см.

В Ростовской области Государственным балансом учтено 4 месторождения пильного камня, представленного известняком-ракушечником. Суммарные запасы категорий А+В+С1 на 1.01.2004 г. составляют 2918 тыс. куб. м (5, 1% запасов округа). Разрабатываются два месторождения: Большелогское (ТОО "Стройматериалы"), и Пролетарское II (ООО "Донстройматериалы"). Суммарная добыча по области составила в 2003 г. 28 тыс. куб. м, или 15, 2% добычи пильного камня в Южном федеральном округе.

В Ростовской области учтены 3 месторождения тугоплавких глин с суммарными запасами кат. A+B+C1 14057 тыс. т (97, 3% запасов округа). В разработку вовлечены два месторождения, одно относится к Государственному резерву.

Тугоплавкие глины используются в основном для производства изделий грубой керамики (кислотоупорных изделий, канализационных труб, дренажных труб, плиток для полов и др.).

Единых требований к качеству сырья для грубой керамики, регулируемых государственными стандартами, нет. Пригодность устанавливается по качеству готовых изделий. На изготовление кислотоупорных изделий идут низкоспекающиеся среднепластичные тугоплавкие глины. Они не должны иметь включений серного колчедана, гипса и железистых соединений, а содержание карбонатов Ca и Mg не должно превышать 3%. Для производства канализационных труб и плиток для полов используются тугоплавкие глины, обладающие пластичностью, однородным составом и имеющие низкую температуру спекания и интервал спекания не менее 200°С. При обжиге глины должны давать плотный спекающийся черепок без деформации, пятен, выплавок и мушек.

В 2003 г. эксплуатировалось одно месторождение - Владимировское, входящее в перечень главнейших месторождений России. Разрабатывает его АООТ "Владимировский карьер тугоплавких глин". Запасы его - 10912 тыс. т (2, 6% запасов России, или 75, 5% запасов округа). Добыча за 2003 г. составила 255 тыс. т. Глины используются для изготовления технического и электротехнического фарфора, полуфарфора, фаянса, кислотоупорных и термокислотоупорных плиток, плиток для полов и для внутренней и наружной облицовки, канализационных труб, тугоплавкого и высокопрочного лицевого кислотоупорного кирпича. Предприятие обеспечено сырьем на 28 лет.

В Ростовской области расположены пять месторождений глино-гипса с суммарными запасами промышленных категорий 4107 тыс. т. Все они находятся в Государственном резерве.

Государственным балансом цементного сырья в Ростовской области учтено 1 месторождение карбонатных пород (мергели), находящееся в Государственном резерве. Запасы месторождения по промышленным категориям на 1.01.2004 г. составляют 25, 9 млн. т.

Минерально-сырьевая база промышленности строительных материалов Краснодарского края и Ростовской области создает достаточно благоприятные предпосылки для обеспечения внутренних потребностей строительного комплекса и вывоза строительных материалов на окружной и федеральный рынки.

[Графические материалы:

Таблица 1 Важнейшие виды минерального строительного сырья в Краснодарском крае

Таблица 2 Важнейшие виды минерального строительного сырья Ростовской области

НАША СПРАВКА

Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых (ФГУП "ЦНИИгеолнеруд") является базовой научной организацией Министерства природных ресурсов Российской Федерации в области геологического изучения, воспроизводства и использования минерально-сырьевой базы нерудных полезных ископаемых и обеспечения научно-методического сопровождения геологоразведочных работ (Распоряжение МПРРоссии N 144-р OT24.03.2003 г).

Институт был образован в 1945 г. в составе Казанского филиала АН СССР. В 1963 г. он вошел в систему НИИ Госгеолкома СССР (с 1965 г. Мингео СССР), в 1972 г. учреждение было реорганизовано во Всесоюзный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых (в составе Мингео СССР с функциями головного по неметаллам), а с 1992 г. он становится Центральным научно-исследовательским институтом геологии нерудных полезных ископаемых МПР России.

В ЦНИИгеолнеруде ведутся фундаментальные и прикладные исследования. Спектр этих исследований широк: геология, прогноз, поиск и оценка месторождений неметаллических полезных ископаемых. Институтом также осуществляются контрольно-арбитражные функции, проходят комплексные лабораторные исследования и технологические испытания.

В институте действуют несколько центров: геолого-экономический, специализированный компьютерно-аналитический и аналитике-технологический сертификационный испытательный центр.

Геолого-экономический центр осуществляет научно-методическое обеспечение геологоразведочных работ, обоснование программ развития и использования минерально-сырьевой базы неметаллических полезных ископаемых, разработку проектов нормативно-правовых и методических документов, сопровождение геологического изучения недр и лицензирования недропользования.

Специализированный компьютерно-аналитический центр является составной частью федеральной информационно-аналитической системы МПР России и обеспечивает ведение Государственного банка цифровой геологической информации и информации по отрасли неметаллов.

Аналитико-технологический сертификационный испытательный центр проводит комплекс аналитико-минералогических и технологических работ по изучению и оценке нерудного сырья.

ФГУП "ЦНИИгеолнеруд" имеет Свидетельство о государственной аккредитации научной организации N4109 от 7 июня 2002 г. (Министерство промышленности, науки и техники России).

Рассматриваемые вопросы

1. Основные виды минерального сырья для производства строительных материалов

2. Магматические, осадочные м метаморфические горные породы

3. Техногенные вторичные ресурсы

Основным природным сырьем для производства строительных материалов являются горные породы . Их используют для изготовления керамики, стекла, металла, неорганических вяжущих веществ. Сотни кубометров песка, гравия и щебня применяют ежегодно в качестве заполнителей для бетонов и растворов.

Другим важным сырьевым источником являются техногенные вторичные ресурсы (отходы промышленности). Пока они используются недостаточно. Но по мере истощения природных ресурсов, повышения требований к охране окружающей среды и разработки новых эффективных технологий техногенное сырье будет применяться значительно шире.

Горные породы как сырьевая база
производства строительных материалов

Горные породы – это значительные по объему скопления минералов в земной коре, образовавшиеся в результате физико-химических процессов. Минералы – это вещества, обладающие определенным химическим составом, однородным строением и характерными физико-механическими свойствами. По условиям образования горные породы разделяют на три основные группы:

Магматические (первичные) горные породы образовались при охлаждении и отвердевании магмы.

Осадочные (вторичные) горные породы образовались в результате естественного процесса разрушения первичных и других пород под влиянием воздействия внешней среды.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в результате последующего изменения первичных и вторичных пород.

Магматические горные породы

Глубинные – это породы, образовавшиеся при застывании магмы на разной глубине в земной коре. Излившиеся породы образовались при вулканической деятельности, излиянии магмы и ее затвердении на поверхности.

Главные породообразующие минералы – кварц (и его разновидности), полевые шпаты, железисто-магнезиальные силикаты, алюмосиликаты. Все эти минералы отличаются друг от друга по свойствам, поэтому преобладание в породе тех или иных минералов меняет ее строительные свойства: прочность, стойкость, вязкость и способность к обработке (к полировке, шлифовке и т.п.).

Кварц , состоящий из кремнезема (диоксида кремния SiО 2) в кристаллической форме, является одним из самых прочных и стойких минералов. Он обладает: исключительно высокой прочностью (при сжатии до 2000 МПа); высокой твердостью, уступающей только твердости топаза, корунда и алмаза; высокой химической стойкостью при обычной температуре; высокой огнеупорностью (плавится при температуре 1700°С). Цвет кварца чаще всего молочно-белый, серый. Благодаря высокой прочности и химической стойкости кварц остается почти неизменным при выветривании магматических пород, в состав которых он входит. Полевые шпаты – это самые распространенные минералы в магматических породах (до 2/3 от общей массы породы). Они представляют собой, так же как и кварц, светлые составные части пород (белые, розоватые, красные и т.п.). Главными разновидностями полевых шпатов являются ортоклаз и плагиоклазы. По сравнению с кварцем полевые шпаты обладают значительно меньшими прочностью (120-170 МПа на сжатие) и стойкостью, поэтому они реже встречаются в осадочных породах (главным образом, в виде полевошпатовых песков). Результатом выветривания является глинистый минерал – каолинит.

В группе железисто-магнезиальных силикатов наиболее распространены оливин, пироксены (например, авгит), амфиболы (роговая обманка). Среди магнезиальных силикатов встречаются вторичные минералы, чаще всего замещающие оливин, – серпентин, хризотил-асбест.

Все вышеперечисленные минералы характеризуются высокой прочностью и ударной вязкостью, а также повышенной плотностью.

Глубинные (интрузивные) горные породы. При медленном остывании магмы в глубинных условиях возникают полнокристаллические структуры. Следствием этого является ряд общих свойств глубинных горных пород: весьма малая пористость, большая плотность и высокая прочность.. Средние показатели важнейших строительных свойств таких пород: прочность при сжатии 100–300 МПа; плотность 2600–3000 кг/м 3 ; водопоглощение меньше 1 % по объему; теплопроводность около 3 Вт/(м×°С).

Граниты обладают благоприятным для строительного камня минеральным составом, отличающимся высоким содержанием кварца (25–30 %), натриево-калиевых шпатов (35–40 %) и плагиоклаза (20–25 %), обычно небольшим количеством слюды (5-10 %) и отсутствием сульфидов. Граниты имеют высокую механическую прочность при сжатии – 120–250 МПа (иногда до 300 МПа). Сопротивление растяжению, как у всех каменных материалов, относительно невысокое и составляет лишь около 1/30–1/40 от сопротивления сжатию.

Одним из важнейших свойств гранитов является малая пористость, не превышающая 1,5 %, что обусловливает водопоглощение около 0,5 % (по объему). Поэтому морозостойкость их высокая. Огнестойкость гранита недостаточна, так как он растрескивается при температурах выше 600 °С вследствие полиморфных превращений кварца. Гранит, так же, как и большинство других плотных магматических пород, обладает высоким сопротивлением истиранию.

Из всех изверженных пород граниты наиболее широко используют в строительстве, так как они являются самой распространенной из глубинных магматических пород. Остальные глубинные породы (сиениты, диориты, габбро и др.) встречаются и применяются значительно реже.

Излившиеся (эффузивные) горные породы. Магматические породы, образовавшиеся при кристаллизации магмы на небольших глубинах и занимающие по условиям залегания и структуре промежуточное положение между глубинными и излившимися породами, имеют полнокристаллические неравномернозернистые и неполнокристаллические структуры.

Среди неравномернозернистых структур выделяют порфировидные и порфировые структурыКварцевые порфиры по своему минеральному составу близки к гранитам. Их прочность, пористость, водопоглощение сходны с показателями этих свойств, присущими гранитам. Но порфиры более хрупки и менее стойки вследствие наличия крупных вкраплений.

Горные породы, образовавшиеся в результате излияния магмы, ее охлаждения и застывания на поверхности земли, состоят, как правило, из отдельных кристаллов, вкрапленных в основную мелкокристаллическую, скрытокристаллическую и даже стекловатую массу. Излившиеся породы в результате неравномерного распределения минеральных компонентов сравнительно легко разрушаются при выветривании. К плотным излившимся породам относят андезиты, базальты, диабазы, трахиты, липариты.

Андезиты – излившиеся аналоги диоритов – породы серого или желтовато-серого цвета. Структура может быть неполнокристаллическая или стекловатая. Плотность андезитов 2700-3100 кг/м 3 , предел прочности при сжатии 140-250 МПа. Андезиты применяют для получения кислотостойкого бетона.

Базальты применяют главным образом в качестве бутового камня и щебня для бетонов, в дорожном строительстве (для мощения улиц); особо плотные породы используют в гидротехническом строительстве. Базальты являются исходным сырьем для литых каменных изделий, используются для получения минеральных волокон в производстве теплоизоляционных материалов.

К пористым излившимся породам относят пемзу, вулканические туфы и пеплы, туфолавы. Пемза представляет собой пористое вулканическое стекло, образовавшееся в результате выделения газов при быстром застывании кислых и средних лав. Пористость ее достигает 60 %; стенки между порами сложены стеклом. Твердость пемзы около 6, истинная плотность 2–2,5 г/см 3 , плотность 0,3–0,9 г/см 3 . Большая пористость пемзы обусловливает хорошие теплоизоляционные свойства, а замкнутость большинства пор – достаточную морозостойкость. Пемза –ценный заполнитель в легких бетонах (пемзобетоне). Наличие в пемзе активного кремнезема позволяет использовать ее в виде гидравлической добавки к цементам и извести Вулканический пепел – наиболее мелкие частицы лавы, обломки отдельных минералов, выброшенные при извержении вулкана. Размеры частичек пепла колеблются от 0,1 до 2 мм. Вулканический пепел является активной минеральной добавкой.

Туф и туфолавы используют в виде пиленого камня для кладки стен жилых зданий, устройства перегородок и огнестойких перекрытий. Применяются туфы и в виде щебня для легких бетонов.

Осадочные горные породы

Большинство осадочных пород имеет более пористое строение, чем плотные магматические породы, а следовательно, и меньшую прочность. Некоторые их них сравнительно легко растворяются (например, гипс) или распадаются в воде на мельчайшие частицы (например, глины).

Главные породообразующие минералы. Наиболее распространенные минералы группы кремнезема – кварц, опал, халцедон. В осадочных породах присутствует кварц магматического происхождения и кварц осадочный . Осадочный кварц отлагается непосредственно из растворов, а также образуется в результате перекристаллизации опала и халцедона. Опал – аморфный кремнезем. Опал чаще всего бесцветен или молочно-белый, но в зависимости от примесей может быть желтым, голубым или черным. Плотность 1,9-2,5 г/см 3 , максимальная твердость 5-6, хрупок. Опал, халцедон, некоторые вулканические породы при применении в составе соответствующих горных пород в качестве заполнителей бетона могут вступать в реакцию со щелочами цемента, вызывая разрушение бетона. Минералы группы карбонатов имеют широкое распространение в осадочных породах. Наиболее важную роль в них играют кальцит, доломит и магнезит.

Кальцит (СаСО 3) – бесцветный или белый, при наличии механических примесей серый, желтый, розовый или голубоватый минерал. Блеск стеклянный. Плотность 2,7 г/см 3 , твердость 3. Характерным диагностическим признаком является бурное вскипание в 10 %-ной соляной кислоте.

Доломит 2 – бесцветный, белый, часто с желтоватым или буроватым оттенком минерал. Блеск стеклянный. Плотность 2,8 г/см 3 , твердость 3-4. В 10 %-ной соляной кислоте вскипает только в порошке и при нагревании. Доломит обычно мелкозернистый, крупные кристаллы встречаются редко. Образуется он либо как первичный химический осадок, либо в результате доломитизации известняков. Минерал доломит слагает породу того же названия.

Магнезит (MgCO 3) – бесцветный, белый, серый, желтый, коричневый минерал. Плотность 3,0 г/см 3 , твердость 3,5-4,5. Растворяется в НСl при нагревании. Минерал магнезит слагает породу того же названия.

К группе глинистых минералов относятся каолинит, монтмориллонит и гидрослюды.

Каолинит (Al 2 O 3 ×2SiO 2 ×2H 2 O) – белый, иногда с буроватым или зеленоватым оттенком минерал. Плотность 2,6 г/см 3 , твердость 1. На ощупь жирный. Каолинит слагает каолиновые глины, входит в состав полиминеральных глин, иногда присутствует в цементе обломочных пород.

Наиболее распространенными минералами группы сульфатов являются гипс и ангидрит.

Гипс (CaSO 4 ×2H 2 O) представляет собой скопление белых или бесцветных кристаллов, иногда окрашенных механическими примесями в голубые, желтые или красные тона. Плотность 2,3 г/см 3 , твердость 2.

Ангидрит (CaSO 4) – белый, серый, светло-розовый, светло-голубой минерал. Плотность 3,0 г/см 3 , твердость 3–3,5. Как правило, встречается в виде сплошных мелкозернистых агрегатов..

Обломочные породы. Породы рассматриваемой группы сложены преимущественно зернами устойчивых к выветриванию минералов и горных пород.

Рыхлые обломочные породы – песок (с зернами преимущественно до 5 мм) и гравий (с зернами свыше 5 мм) – применяют в качестве заполнителей для бетона, в дорожном строительстве, для железнодорожного балласта. Пески служат компонентом сырьевой смеси в производстве стекла, керамических и многих других изделий.

Глинистые породы сложены более чем на 50 % частицами мельче 0,01 мм, причем не менее 25 % из них имеют размеры меньше 0,001 мм. Они характеризуются сложным минеральным составом. За основу минералогической классификации глинистых пород принимается состав глинистых минералов. Каолиновые глины сложены минералом каолинитом. Обычно эти глины окрашены в светлые тона, жирные на ощупь, они малопластичны, огнеупорны.

Полимиктовые глины представлены двумя или несколькими минералоами, причем ни один из них не является преобладающим Каолиновые глины являются огнеупорными и их широко используют в керамической промышленности Гидрослюдистые глины и глины полимиктового состава применяют для изготовления кирпича, грубой керамики и других изделий. Глины являются также компонентом сырьевой смеси в производстве цемента. Глины используют как строительный материал при возведении земляных плотин (экраны и пр.).

Сцементированные обломочные породы – песчаники, конгломераты, брекчии. Песчаник состоит из зерен песка, сцементированных различными природными «цементами». Если в состав пород входят крупные куски (гравий или щебень), то им даются название конгломерата (при округлых кусках) и брекчии (при остроугольных кусках). Из них чаще всего применяются в строительстве песчаники (так же, как и плотные известняки

Наиболее распространенными карбонатными породами являются известняки и доломиты. Известняк – порода, сложенная более чем на 50 % кальцитом; доломит – более чем на 50 % доломитом Порода, характеризующаяся приблизительно равным содержанием карбонатного и глинистого материала, называется мергелем .

Пористость плотных известняков не превышает десятых долей процента, а рыхлых достигает 15–20 %. Доломиты по внешнему виду похожи на известняки. Цвет доломитов белый, желтовато-белый, светло-бурый. Для них характерны микрозернистые и кристаллически-зернистые структуры. Благодаря широкому распространению, легкой добыче и обработке известняки, доломитизированные известняки и доломиты применяют в строительстве чаще, чем другие породы. Их используют в виде бутового камня для фундаментов, стен неотапливаемых зданий или жилых домов в районах с теплым климатом, а наиболее плотные породы применяют в виде плит и фасонных деталей для наружных облицовок зданий. Известняковый щебень часто используют в качестве заполнителя для бетона. Известняки широко применяют как сырье для получения вяжущих веществ – извести и цемента. Доломиты используют для получения вяжущих и огнеупорных материалов в цементной, стекольной, керамической и металлургической промышленности.

Сульфатные породы – гипс и ангидрит служат сырьем для получения вяжущих веществ, иногда их применяют в виде облицовочных изделий.

Аллитовые породы характеризуются высоким содержанием глинозема. В этой группе выделяют две главные породы: бокситы и латериты. Породообразующими минералами бокситов являются гидроксиды алюминия (гиббсит и диаспор). Бокситы разнообразны по внешнему виду. Они могут быть мягкими, рыхлыми, похожими на глину Пластичностью бокситы не обладают.Их используют для производства алюминия, искусственных абразивов, огнеупоров, глиноземистого цемента.

Метаморфические горные породы

Метаморфизмом называют преобразование горных пород, происходящее в недрах земной коры под влиянием высоких температур и давлений. В этих условиях может происходить кристаллизация минералов без их плавления.

Основные разновидности метаморфических горных пород. Некоторые разновидности глинистых, кремнистых, слюдистых и иных сланцев являются естественными кровельными материалами – кровельными сланцами . Эти сланцы легко раскалываются по плоскостям сланцеватости на ровные и тонкие (2–8 мм) плоские плитки. Они должны отвечать определенным требованиям: иметь достаточную плотность и вязкость, твердость, малое водопоглощение, высокую водостойкость, стойкость к выветривания. Плотность кровельных сланцев около 2,7–2,8 г/см 3 , пористость 0,3–3 %, предел прочности при сжатии 50–240 МПа. Большое значение имеет также прочность на излом перпендикулярно сланцеватости. Кровельные сланцы используют в производстве кровельных плиток и некоторых строительных деталей (плит для внутренней облицовки помещений, лестничных ступеней, плит для пола, подоконных досок и т.п.).

Гнейсы – породы метаморфического генезиса, образовавшиеся при температуре 600–800 °С и высоком давлении. Исходными являются глинистые и кварцево-полевошпатовые (граниты) породы. Гнейсы по механическим и физическим свойствам не уступают гранитам, однако сопротивление на излом у них в 1,5–2 раза меньше.

Применяют гнейсы при бутовой кладке, для кладки фундаментов, в качестве материала для щебня и отчасти в виде плит для мощения дорог. Щебень из сильно сланцеватого гнейса не используют для бетона и дорожного строительства из-за нежелательной формы зерен.

Образование кварцитов связано с перекристаллизацией песчаников. Важными свойствами кварцитов являются высокая огнеупорность (до 1710–1770 °С) и прочность на сжатие (100–450) МПа. В строительстве кварциты используют в качестве стенового камня, подферменных камней в мостах, бута, щебня и брусчатки, а кварциты с красивой и неизменяющейся окраской – для облицовки зданий. Кварциты применяют в производстве динаса – огнеупора, обладающего высокой кислотостойкостью.

Мрамор – мелко-, средне- и крупнозернистая плотная карбонатная порода, состоящая главным образом из кальцита и представляющая собой перекристаллизованный известняк. Прочность на сжатие составляет 100-300 МПа. Мрамор легко поддается обработке, вследствие малой пористости хорошо полируется. Мрамор широко применяется для внутренней отделки стен зданий, ступеней лестниц и т.п. В виде песка и мелкого щебня (крошки) его используют для цветных штукатурок, облицовочного декоративного бетона и т.п. В условиях сульфатной коррозии для наружных облицовок мрамор не применяют.

Техногенные и вторичные ресурсы

По данным ЮНЕСКО, в мире ежегодно извлекают из недр более 120 млрд. т руд, горючих ископаемых, другого сырья (20 т сырья на каждого жителя планеты). По масштабам извлекаемого и перерабатываемого сырья хозяйственная деятельность человека превзошла вулканическую (10 млрд. т в год) и размыв суши всеми реками мира (25 млрд. т в год). Эта деятельность, кроме того, сопровождается образованием колоссального количества отходов. Основными источниками многотоннажных отходов являются: горнообогатительная, металлургическая, химическая, лесная и деревообрабатывающая, текстильная отрасли промышленности; энергетический комплекс; промышленность строительных материалов; агропромышленный комплекс; бытовая деятельность человека.

Отходы производства или побочные продукты промышленности являются вторичными материальными ресурсами. Многие отходы по своему составу и свойствам близки к природному сырью. Установлено, что использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40 % потребности строительства в сырьевых ресурсах. Применение промышленных отходов позволяет на 10-30 % снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья, создавать новые строительные материалы с высокими технико-экономическими показателями и, кроме того, уменьшить загрязнение окружающей среды.

Шлаки черной металлургии – побочный продукт при выплавке чугуна из железных руд (доменные, мартеновские, ферромарганцевые). Выход шлаков очень велик и составляет от 0,4 до 0,65 т на 1 т чугуна. В их состав входит до 30 различных химических элементов, главным образом в виде оксидов. Основные оксиды: SiO 2 , Аl 2 О 3 , CaO, MgO. В меньших количествах присутствуют FeO, MnO, P 2 O 5 , ТiO 2 , V 2 O 5 и др. Состав шлака зависит от состава кокса, пустой породы и определяет особенности применения шлака.

В производстве строительных материалов используется 75 % общего количества доменных шлаков. Основным потребителем является цементная промышленность. Ежегодно она потребляет миллионы тонн гранулированного доменного шлака. Грануляция заключается в быстром охлаждении шлакового расплава, в результате чего шлак приобретает стекловидную структуру и, соответственно, высокую активность.

Сталеплавильные (мартеновские) шлаки применяются в меньшей степени. Трудности их использования связаны с неоднородностью, непостоянством химического состава.

Шлаки цветной металлургии чрезвычайно разнообразны по составу. Наиболее перспективное направление их использования – комплексная переработка: предварительное извлечение цветных и редких металлов из шлака; выделение железа; использование силикатного остатка шлака для производства строительных материалов.

При получении цветных образуются шламы. Например, побочным продуктом при производстве алюминия является бокситовый шлам - рыхлый сыпучий материал красного цвета. При получении глинозема из нефелинового сырья образуется нефелиновый шламла. Если глинозем получают из высокоалюминатных глин, в качестве побочного продукта образуется каолиновый шлам и т.д. Основное применение все эти шламы находят в цементном производстве.

(ТЭС) – минеральный остаток от сжигания твердого топлива. Одна ТЭС средней мощности ежегодно выбрасывает в отвалы до 1 млн. т золы и шлака, а ТЭС, сжигающая многозольное топливо, – до 5 млн. т. По химическому составу топливные золы и шлаки состоят из SiO 2 , AI 2 O 3 , СаО, MgO и др., а также содержат несгоревшее топливо. Используются топливные золы и шлаки всего на 3–4 % от их ежегодного выхода.

Золы и шлаки ТЭС можно использовать при производстве практически всех строительных материалов и изделий. Например, введение 100–200 кг активной золы (уноса) на 1 м 3 бетона дает возможность экономить до 100 кг цемента. Шлаковый песок пригоден для замены природного песка, а шлаковый щебень – в качестве крупного заполнителя.

Отходы горнодобывающей промышленности . Вскрышные породы – горнорудные отходы, отходы добычи разнообразных полезных ископаемых. Особенно большое количество этих отходов образуется при добыче открытым способом. По ориентировочным подсчетам в стране ежегодно образуется свыше 3 млрд. т отходов, которые являются неисчерпаемым источником сырья для промышленности строительных материалов. Однако в настоящее время они используются лишь на 6–7 %. Вскрышные и пустые породы находят применение в зависимости от своего состава (карбонатные, глинистые, мергелистые, песчаные и т.д.).

Вскрышные породы – не единственные отходы горнодобывающей промышленности. Большое количество пустой породы поднимается на поверхность земли, и направляется в отвалы. Горнообогатительные комбинаты сбрасывают в отвалы большое количество флотационных хвостов, образующихся в частности при переработке руд цветных металлов. Отходы угледобычи и углеобогащения образуются на углеобогатительных фабриках. Для отходов угледобычи характерно постоянство состава, что их выгодно отличает от других видов минеральных отходов.

Попутнодобываемые породы и отходы промышленной переработки рудных полезных ископаемых отличаются по генезису, минеральному составу, структуре и текстуре от традиционно применяемых при производстве строительных материалов. Это объясняется существенным отличием глубин карьеров по добыче сырья для стройиндустрии (20–50 м) от современной разработки рудных месторождений (350–500 м).

Гипсовые отходы химической промышленности – продукты, содержащие сульфат кальция в той или иной форме. Научные исследования показали полноценную заменимость традиционного гипсового сырья отходами химической промышленности.

Фосфогипс – отход при производстве фосфорных удобрений из апатитов и фосфоритов. Он представляет собой CaSO 4 ×2H 2 O с примесями неразложившегося апатита (или фосфорита) и неотмытой фосфорной кислоты.

Фторгипс (фторангидрит) – побочный продукт при производстве фтористоводородной кислоты, безводного фтористого водорода, фтористых солей. По составу это CaSO 4 с примесями исходного неразложившегося флюорита.

Титаногипс – отход при сернокислотном разложении титансодержащих руд. Борогипс – отход производства борной кислоты. Сульфогипс получается при улавливании серного ангидрида из дымовых газов ТЭС.

Электротермофосфорные шлаки – отходы производства фосфорной кислоты, получаемой по электротермическому способу. В гранулированном виде содержат 95-98 % стекла. Основные оксиды, входящие в их состав, SiO 2 и СаО. Являются ценным сырьем в производстве вяжущих веществ.

Отходы деревообработки и лесохимии. В настоящее время в нашей стране лишь 1/6 часть древесных отходов используется в целлюлозно-бумажной промышленности и промышленности строительных материалов. Практически не используются кора, пни, вершины, ветви, сучья, а также отходы деревообработки – стружка, щепа, опилки.

Отходы целлюлозно-бумажной промышленности – осадки сточных вод и другие промышленные шламы. Скоп – продукт, получившийся в результате механической очистки сточных вод. Это грубодисперсные примеси, состоящие в основном из волокон целлюлозы и частиц каолина. Активный ил – продукт биологической очистки сточных вод, находящийся в виде коллоидов и молекул.

Отходы промышленности строительных материалов. При получении цементного клинкера до 30 % объема обжигаемого продукта уносится с дымовыми газами из печей в виде пыли. Эта пыль может

Таблица 2.1. Отходы промышленности, используемые в производстве строительных материалов

возвращаться в производство, а также использоваться в производстве вяжущих веществ.

Кирпичный бой, старый и бракованный бетон используются в качестве искусственного щебня. Бетонный лом – отход предприятий сборного железобетона и сноса строительных объектов. Огромные объемы реконструкции жилого фонда, промышленных предприятий, транспортных сооружений, автодорог и т.д. ставят важную научно-техническую задачу по переработке отходов бетона и железобетона. Разработаны различные технологии разрушения строительных конструкций, а также специальное оборудование для переработки некондиционного бетона и железобетона.

Прочие отходы и вторичные ресурсы – отходы и бой стекла, макулатура, резиновая крошка, отходы и попутные продукты производства полимерных материалов, попутные продукты нефтехимической промышленности и т.д.

Важнейшие виды строительных материалов, получаемые из вышеперечисленных отходов промышленности, приведены в табл. 1.

Контрольные вопросы

1. Глубинные породообразующие минералы магматических горных породи их физические свойства

2. Породообразующие минералы осадочных горных пород (группа кремнезема) и их свойства

3. Породообразующие минералы осадочных горных пород (группа глинистых) и их свойства

4. Разновидности метаморфических горных пород и их свойства

5. Отрасли промышленности – источники много тоннажных отходов.

6. Шлаки черной металлургии и области их применения.

7. Отвальные продукты цветной металлургии и области их применения.

8. Отходы горнодобывающей промышленности и области их применения.

9. Гипсовые отходы химической промышленности.

10. Отходы промышленности строительной индустрии и области их применения.

В настоящей статье рассматриваются пути рационального использования природного минерального сырья Якутии в технологии строительных материалов на основе инновационных подходов. Обоснована возможность расширения номенклатуры вяжущих веществ разработкой и освоением технологии производства специальных видов цемента, композиционных гипсовых вяжущих и эффективных строительных материалов на их основе. Отмечена целесообразность продвижения инновационных проектов СВФУ (кирпичный завод, производство автоклавного пенобетона и гранулированного пеностекла – пеноцеолита). Для труднодоступных районов Севера особую актуальность имеет создание быстроразворачиваемых производств тяжелого и легкого бетонов, стеновых изделий на основе ячеистого бетона, арболита и грунтобетона с использованием предлагаемых композиционных вяжущих на основе портландцемента, гипса, извести и активных минеральных добавок из кварцполевошпатового песка, горелых и цеолитсодержащих пород.

природное минеральное сырье

композиционные вяжущие вещества

строительные материалы

традиции и инновации

1. Стратегия развития промышленности строительных материалов Республики Саха (Якутия) на период до 2020 года / Минстрой РС(Я). URL: https://minstroy.sakha.gov.ru/ (дата обращения: 21.10.2017).

2. Пояснительная записка к обзорной карте месторождений строительных материалов Якутской АССР масштаба 1:2500000. Т. 1 и 2. – М.: Объединение «Союзгеолфонд», 1988. – 421 с.

3. Бердов Г.И., Ильина Л.В. Активация цементов действием минеральных добавок // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2010. – № 9. – С. 55–58.

4. Бикбау М.Я. Бетоны на наноцементах: свойства и перспективы / М.Я. Бикбау, Д.В. Высоцкий, И.В. Тихомиров // Технологии бетонов. – 2011. – № 11–12. – С. 31–34.

5. Монтянова А.Н. Специфические особенности закладочных работ на руднике «Мир» алмазодобывающей АК «АЛРОСА» / А.Н. Монтянова, Д.С. Кириллов, И.В. Штауб, Е.В. Бильдушкинов // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. – 2012. – № 4. – С. 10–14.

6. Рожин В.Н., Местников А.Е. Пенобетоны на быстротвердеющем цементе из местного сырья Якутии // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 2–1. – С. 86–89.

7. Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: безопасность, качество, энерго- и ресурсосбережение. Сб. материалов III Всерос. научно-практ. конф. Якутск, Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова [Электронный ресурс]. – 2014. – С. 327–331. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=22217845 (Дата обращения: 21.10.2017).

8. Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: безопасность, качество, энерго- и ресурсосбережения: сб. статей IV Всерос. научно-практ. конф., посвященной 60-летию Инженерно-технического института СВФУ им. М.К.Аммосова. под ред. доц. А.Е. Саввиной [Электронный ресурс]. – 2016. – С. 432–437. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=27590406 (дата обращения: 21.10.2017).

9. Федорова Г.Д., Матвеева О.И., Павлюкова И.Р., Васильев И.Г. Высококачественные бетоны для конструкций мостов и гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в климатических условиях Якутии // Бетон и железобетон – взгляд в будущее: научные труды III Всероссийской (международной) конференции по бетону и железобетону (Москва, 12–16 мая 2014 г.) – Т. 5. – Москва: МГСУ, 2014. – С. 72–85.

10. Куба В.В., Егорова С.Ю., Егорова А.Д. Факторы, влияющие на прочность арболита на основе гипсоцементно-цеолитового вяжущего // Промышленное и гражданское строительство. – 2016. – № 8. – С. 42–45.

11. Богдокумова С.В., Егорова А.Д. Композиционные гипсовые вяжущие с применением горелых пород для пенобетонов // Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки: сб. ст. по мат. XXVI междунар. студ. науч.-практ. конф. – 2017. – № 11(25). URL: http://sibac.info/archive/technic/11(25).pdf (дата обращения: 29.10.2017).

Разработка эффективных строительных материалов с использованием местной минерально-сырьевой базы регионов является одним из основных направлений инновационного развития Российской Федерации.

Известно, что территория Якутии богата минеральным сырьем для производства строительных материалов, что в настоящее время в полной мере не используется . С наступлением рыночных отношений в республике были закрыты многие энергоемкие производства эффективных строительных материалов, использующие природное минеральное сырье: кирпичные и керамзитовые заводы. Поэтому строительство полностью перешло на использование тяжелого бетона и привозных теплоизоляционных материалов и комплектующих, что сильно повлияло на повышение себестоимости строительства в целом. Возрождение традиционных технологий и производств на основе новых инновационных подходов, позволяющих производить высококачественные стеновые и теплоизоляционные материалы из доступного минерального сырья и техногенных отходов, могло бы стать бы основой для строительства в первую очередь энергоэффективного доступного жилья.

В настоящей статье обобщены результаты исследований, выполненных в последние годы коллективом кафедры строительных материалов СВФУ, по изучению возможности рационального использования минерального сырья Республики Саха (Якутия) - известняков, гипсового камня, глинистого сырья, кварцполевошпатового песка, цеолитсодержащих пород при совершенствовании традиционных технологий производства строительных материалов.

Известняки и суглинки

Для производства основной номенклатуры строительных материалов невозможно обойтись без минеральных вяжущих веществ - цемента, гипса и извести. Основными традиционными видами природного сырья для производства цемента являются известняк, гипсовый камень и глина.

АО ПО «Якутцемент» - флагман строительной индустрии республики является единственным производителем основного вяжущего вещества - портландцемента для изготовления бетонных изделий и конструкций. В производстве местного портландцемента используются известняки и суглинки Сасаабытского месторождения, расположенного на территории Хангаласского района недалеко от поселка Мохсоголлох.

Балансовые запасы суглинков, учтенные Государственным балансом РФ, составляют 10942 тыс. т, известняков - 71320 тыс. т. У действующего завода «Якутцемент» имеются все возможности для выпуска строительной извести. Ранее проведенными исследованиями было установлено, что испытанная известь удовлетворяет требованиям ГОСТ 9179 «Известь строительная» . Следует подчеркнуть, что производство строительной извести позволило бы организовать малоэнергоемкие производства силикатного кирпича и эффективных стеновых изделий из газо-, пеносиликата, а также сухих строительных смесей для кладки и оштукатуривания стен, бетонных растворов для заполнения скважин свайных фундаментов в условиях вечномерзлых грунтов.

Одним из существенных недостатков портландцемента является потеря его активности при длительном хранении. Потеря активности цемента происходит в процессе его длительной доставки в отдаленные районы посредством водного и автомобильного транспорта, а чаще всего из-за значительной продолжительности зимнего периода до начала строительного сезона (9 и более месяцев). В таких условиях высококачественный композиционный портландцемент целесообразно получать совместным помолом заранее доставленного клинкера, срок хранения которого практически не ограничен, с активными минеральными добавками до 40 % по массе вяжущего из местного сырья. Производство композиционного цемента на месте строительства позволит значительно снизить себестоимость строительства за счет значительного сокращения энергоемкости производства и транспортных расходов .

Исследования, проведенные специалистами СВФУ , показали соответствие прочностных характеристик образцов на основе композиционного портландцемента (клинкер + активная минеральная добавка + гипсовый камень) прочностным показателям контрольных образцов, изготовленных на портландцементе марки ЦЕМ I 42,5Б АО ПО «Якутцемент» (таблица).

Горелые породы

Исследована возможность использования горелых пород в создании сульфатостойких бетонов . Карьер горелых пород Кильдямского месторождения расположен в 30...32 км к северо-западу от города Якутска. Его запасы по категории А2 составляют 87,7 тысячи м3, по категории С1 - 2,3 тысячи м3 .

Химико-минералогический состав горелых пород Кильдямского месторождения содержит, % мас.: SiO2 - 81,00; Al2O3 - 9,61; K2O - 3,37; Fe2O3 - 3,26; Na2O - 1,27; CaO - 0,54.

Для приготовления сульфатостойкого цемента портландцементный клинкер, сульфат кальция (природный или промышленный гипс) и добавку алюмосиликатной горелой породы совместно измельчали до удельной поверхности 280-320 м2/кг . Полученные образцы цементного камня подвергали к длительному воздействию сульфатов. Полученные экспериментальные зависимости показали, что предел прочности при сжатии образцов в стандартном возрасте при содержании добавки в количестве 15 % имеет максимальную прочность 29 МПа, в возрасте 56 суток прочность возрастает до 35 МПа.

Прочностные характеристики образцов из композиционного портландцемента на основе клинкера и активных минеральных добавок, МПа

Таким образом, разработанная добавка улучшает свойства бетонов при экономии портландцемента в бетоне не менее 15 % мас., а также вовлекается неиспользуемое минеральное сырье - горелые породы.

Целесообразность производства специальных видов цементов на месте применения подчеркивает тот факт, что АК «АЛРОСА» в г. Мирный в собственном помольном цехе производит сульфатостойкий цемент для закладочных растворов на основе привозного портландцементного клинкера Якутцемента, цеолитсодержащей породы Сунтарского месторождения и местного минерального сырья. Научная основа получения сульфатостойкого портландцемента разработана в ведущих институтах республики - ЯкутНИИПроалмаз и ЯкутПНИИС .

Гипсовый камень

Минерально-сырьевая база для производства гипса представлена двумя месторождениями в Олекминском улусе с запасами по категориям А + В + С1 в размере 11 251 тыс. т. В промышленном освоении находится месторождение «Олёкминское» с балансовыми запасами гипса 9009 тыс. т. Ежегодная добыча составляет около 20 тыс. т. . Олекминский гипсовый завод в настоящее время не работает. Гипсовый камень добывается в малых объемах для применения в сельском хозяйстве и производстве портландцемента с доставкой водным транспортом до пос. Мохсоголлох. Поэтому предприятие «Якутцемент» имеет все возможности для освоения производства композиционного гипсового вяжущего (КГВ).

В отличие от обычных гипсовых материалов на основе КГВ появляется возможность изготовления эффективных стеновых изделий и панелей повышенной водо- и морозостойкости для малоэтажного строительства в условиях сурового климата Севера.

На кафедре строительных материалов СВФУ разработаны два вида КГВ: гипсоцементно-цеолитовое (ГЦЦВ) и гипсоизвестково-цеолитовое (ГИЦВ) вяжущее повышенной водостойкости (таблица), что может быть научной основой для расширения номенклатуры продукции АО ПО «Якутцемент» .

На основе разработанных составов КГВ возможно изготовление конструкционно-теплоизоляционного арболита плотностью 700-800 кг/м3 и прочностью на сжатие 2,5-3,5 МПа . В производстве легких бетонов на основе КГВ для сельского строительства могут быть привлечены дополнительные природные сырьевые ресурсы, как солома и мох, так и отходы переработки древесины - щепа, кора и опилки. Полученные результаты позволяют сделать вывод о перспективности использования стеновых изделий на основе композиционных гипсовых вяжущих в малоэтажном строительстве.

Глинистое сырье

В советское время было подготовлено к промышленному освоению 27 месторождений кирпичного сырья, суммарные балансы которых по категориям А + В + С1 составляют 49648 тыс. м3, 19 месторождений керамзитового сырья с суммарными запасами по категориям А + В + С1 в количестве 30289 тыс. м3, одно (Кангаласское) месторождение тугоплавких глин с запасами по категориям А + В 81 тыс. м3 . Однако производства кирпича и керамзита давно закрылись, хотя потребность в таких эффективных материалах существует и растет с каждым днем в связи с постоянным повышением объемов жилищного строительства.

СВФУ принял на себя ответственность инициатора и координатора проекта создания кирпичного завода при поддержке Президента и Правительства РС(Я).

На сегодня университет выполняет научно-техническое сопровождение предпроектной подготовки документов, получены предварительные результаты по оптимизации составов, структуры и свойств керамического кирпича с повышенными строительно-эксплуатационными характеристиками на основе глинистого сырья Санниковского месторождения с применением тонкомолотого цеолита и пластифицирующих добавок . Результаты НИР должны обеспечивать показатели, отвечающие требованиям ГОСТ 530-2007 «Кирпич и камни керамические. Технические условия», вступившего в силу с 01.03.2008 в РФ и приближенного к европейским стандартам. В новых требованиях исключены марки кирпича по прочности М75 и морозостойкости F15, для лицевого кирпича нижним пределом является марка M150.

В сельской местности небольшие объемы глинистого сырья могут быть привлечены для производства грунтобетона и стеновых изделий на его основе для индивидуального малоэтажного строительства.

Кварцполевошпатовые (речные) пески

Насчитывается 24 месторождения речных песков строительного назначения с неограниченными запасами, из них 9 месторождений в распределенном фонде недр. Предварительно оценены ресурсы на более чем 40 месторождениях суммарной мощностью более 200 млн куб. м.

Кроме традиционного применения песков в качестве мелкого заполнителя бетонов, как показывают исследования специалистов СВФУ , их целесообразно использовать в производстве механоактивированных сухих смесей для изготовления широкой номенклатуры бетонных изделий и конструкций, в том числе ячеистых бетонов.

СВФУ имеет достаточный научный и практический опыт производства автоклавного пенобетона из кварцполевошпатового доступного речного песка. Инновационно-технологический центр запустил пилотное производство автоклавного пенобетона. На его основе построены два девятиэтажных жилых здания высокой энергоэффективности, ряд индивидуальных домов в Якутске, пос. Нижний Бестях, с. Олекминск и др.

На сегодняшний день СВФУ продвигает проект по автоклавному пенобетону с размещением производства в пос. Нижний Бестях, в последующем в гг. Ленск и Вилюйск. Проект направлен на создание в заречной группе районов опорной точки по производству эффективных стеновых строительных материалов для обеспечения строительства объектов социальной инфраструктуры и индивидуального жилья.

Общий объем инвестиций проекта составляет 112 млн рублей при годовом объеме выпуска изделий 20 тыс. м3 и окупаемости производства в 4,3 года.

В настоящее время СВФУ совместно ООО «Сунтарцеолит» и ООО «Модис» (г. Рыбинск) продвигается инновационный проект организации производства гранулированного пеностекла - пеноцеолита из цеолитсодержащих пород Сунтарского месторождения . Выбор цеолита обусловлен доступностью и огромным запасом природного сырья, низкой энергоемкостью его переработки из-за «мягкости» исходной горной породы. На сегодня разведаны и утверждены запасы в 11465 тысяч тонн .

Физико-механические характеристики пеноцеолита соответствуют требованиям ТУ 5914-001-15068529-2006 «Универсальный пористый материал термоизоляционный УПМ «Термоизол»: насыпная плотность составляет 150-350 кг/м3 в зависимости от фракции 0,5-10 мм, коэффициент теплопроводности - 0,06-0,10 Вт/(м.К). На основе пеноцеолита изготовлены и испытаны образцы легких бетонов со следующими характеристиками: при средней плотности 400 кг/м3 класс бетона составляет В1,5, 500 кг/м3 - В2,5 и 600 кг/м3 - В3,5 .

Общая сумма необходимого финансирования проекта составляет 65 800 тыс. рублей. Финансовые средства будут направлены на оплату капитальных вложений в сумме 59 650 тыс. рублей и формирование первоначальных оборотных средств в размере 6 150 тыс. рублей.

Заключение

Для рационального использования природного минерального сырья в производстве строительных материалов Якутии целесообразно развивать и использовать как традиционные, так и инновационные строительные технологии, в том числе следует отметить:

Возможность расширения номенклатуры продукции АО ПО «Якутцемент» освоением специальных видов цемента (сульфатостойкого, расширяющегося и др.), а также сопутствующего производства извести, гипса и композиционных гипсовых вяжущих;

Целесообразность продвижения инновационных проектов СВФУ (кирпичный завод на основе глинистого сырья Санниковского месторождения, производство автоклавного пенобетона с использованием кварцполевошпатового речного песка, выпуск гранулированного пеностекла - пеноцеолита на основе цеолитсодержащих пород Сунтарского месторождения) с учетом наличия и пригодности минерального сырья;

Технико-экономическую эффективность создания быстроразворачиваемых производств тяжелого и легкого бетонов, стеновых изделий на основе ячеистого бетона, арболита и грунтобетона с использованием предлагаемых композиционных вяжущих веществ и местных заполнителей для малоэтажного строительства в сельской местности.

Библиографическая ссылка