Прогнозирование трещиностойкости бетона на основе метода конечных элементов (стр. 11 )

Если придерживаться классического подхода к оценке качества горелых пород, когда качественным сырьем считается то, которое практически без корректировки состава обеспечивает получение кондиционного продукта, то его нельзя считать кондиционным сырьем для производства ни одного традиционного строительного материала. Если же рассматривать горелые породы Кашпирского рудника, природное и другое техногенное (промышленные отходы других производств) сырье как единую сырьевую базу стройиндустрии, то, на базе горелых пород, можно организовать широкую номенклатуру строительных материалов высокого качества. Оценочная блок-схема для определения направлений использования горелых пород Кашпирского рудника приведена на рисунке 2.

При разработке подхода по выбору экономически целесообразных направлений утилизации горелых пород при производстве строительных материалов были приняты следующие положения:

- максимально использовать преимущества исходного состояния: химической активности, дисперсности и агрегатного состояния, степени спекания или вспучивания;

- из всех возможных направлений рекомендовать технологию с минимальной переработкой.

Свойства горелых пород определяются условиями их формирования: составом минеральной части, температурой, а также составом газовой среды. Основная часть объема терриконника сложена кусками породы, степень обжига которых колеблется от явного недожога до образования плотного спекшегося черепка, а иногда и вспученных масс.

Для максимального использования преимуществ исходного состояния: степени спекания или вспучивания, а также химической активности, предлагается в качестве первого критерия использовать степень обжига по количеству стеклофазы в породе и степени поризации. По этому критерию горелую породу можно разделить на три группы:

- вспученные (количество стеклофазы более 50 %, поризация массы);

- спекшиеся (количество стеклофазы от 35 до 20 % без признаков поризации);

- неспекшиеся (количество стеклофазы менее 20 %).

На следующем уровне оценки вспученные разновидности горелых пород проверяют на соответствие требованиям, предъявляемым к легким заполнителям - ГОСТ 9757 [12]. После оценки по этому критерию выделяются две группы горелых пород: соответствующие предъявляемым требованиям и не соответствующие. Первая группа после дробления и рассева на фракции представляет собой продукт - заполнитель для легких и облегченных бетонов.

Спекшиеся разновидности по такому же принципу разделяются на две группы. Спекшиеся горелые породы, соответствующие требованиям, предъявляемым к заполнителям для тяжелых бетонов [12], после дробления и рассева на фракции представляет собой продукт - заполнитель тяжелых бетонов. Для максимального использования такого ценного качества как химическая активность, определяемая содержанием аморфных компонентов, которая безвозвратно теряется при высокотемпературном обжиге, на следующем этапе оценка проводится по этому показателю. Введение в качестве критерия содержания аморфных компонентов позволяет минеральные отходы разделить на три группы: активные (в случае преобладания аморфных фаз), инертно-активные (при незначительном содержании активных фаз), а оставшиеся отнести к инертным (при отсутствие аморфных компонентов).

Разновидности горелых пород, содержащие аморфные компоненты, представляют собой продукт – активные минеральные добавки, являющиеся составной частью низкомарочных минеральных вяжущих, требования к которым определены ГОСТ 3476 [13].

Химический состав горелых пород колеблется в широких пределах, мас. %: SiO2 6-50; Al2O3 0,2-11; Fe2O3 4-12; СаО 17-50; MgО 0,2-3; R2O 0,2-2,5; SO3 0,1-12; ППП 0,1-22. Оценка химического состава горелых пород показала (рисунок 3), что горелые породы не являются готовыми строительными материалами и готовыми сырьевыми смесями для производства основных строительных материалов. В горелых породах преобладают два компонента SiO2 (6-50 %) и СаО (17-50 %), до 10-12 % могут присутствовать Al2O3 и Fe2O3. Область расположения их находится между сырьем для производства портландцемента и керамическими материалами. Таким образом, горелые породы можно отнести к минеральному сырью кальциевого алюможелезосиликатного состава.

Одним из направлений модернизации производства минеральных строительных материалов является переход на многокомпонентные природные и техногенные шихты, что, как правило, приводит к увеличению количества компонентов с 1–2 до 4–10. Для реализации данного подхода необходимо уметь оперативно разрабатывать эффективные составы шихт, которые обеспечили бы получение материалов с заданными свойствами при оптимальном сочетании технико-экономических показателей.

Подобную задачу приходится решать неоднократно при переходе на новые источники сырья из-за истощения запасов или ухудшения качества эксплуатируемых месторождений, а также при использовании нетрадиционного сырья, например, промышленных отходов.

Используя эти принципы, на основе горелых пород из многокомпонентных шихт возможна организация производства широкой номенклатуры качественных строительных материалов: искусственных пористых вспученных и спекшихся заполнителей, спекшихся керамических изделий (кирпича, черепицы, плитки, труб), минеральной ваты и др.

При переходе на многокомпонентные шихты необходимо ориентироваться на современный метод компьютерного проектирования шихт, реализованный при производстве искусственных пористых заполнителей и спекшихся керамических материалов.

Выполнена оценка площадей и объемов техногенных образований отвалов и захоронений Сокского карьероуправления. При производстве щебня при добыче, дроблении и сортировке горной породы на Сокском карьероуправлении образуются следующие отходы: вскрышные породы и отвалы; доломитовая и известняковая мука.

В породных отвалах скопился разнородный материал, который по действующей в Сокском карьероуправлении технологии в настоящее время не может быть реализован. Площади, занимаемые отходами Сокского карьероуправления, постоянно расширяются, объем техногенных образований увеличивается (рисунок 4).

Рисунок 4 - Приречный склад в Сокском карьероуправлении (отходы

производства щебня)

Исследования, выполненные в 1979-1983 гг., по оценке степени загрязненности реки Сок отходами производства Сокского карьероуправления, показали, что отвалы значительно ухудшили экологическую обстановку.

Проведена оценка свойств пород в отвалах. По минеральному и химическому составу все исследованные отвалы однотипны. Подготовлены сведения в каталог отходов и захоронений добывающих и перерабатывающих производств.

Проведенный статистический анализ гранулометрического состава карбонатных высевок за период с 1999 по 2004 гг. позволяет констатировать, что фракционный состав высевок достаточно стабильный.

На базе промышленных отходов отвалов можно организовать производства широкой номенклатуры строительных материалов: в качестве основного сырья для производства: стекла и стеклоизделий; щебня, применяемого в качестве заполнителя для тяжелого бетона, а также для дорожных и других видов строительных работ; щебеночно-гравийно-песчаной смеси для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов; воздушной извести; в качестве компонента сырьевых шихт для производства: материалов контактно-конденсационного твердения; минеральных вяжущих веществ; в качестве минерального наполнителя: сухих строительных смесей; мастики битумной кровельной горячей; асфальтобетонных смесей; лакокрасочных материалов; кровельных и гидроизоляционных материалов, асфальтобетона; линолеума; отделочных составов и шпаклевок.

Внедрение результатов данной работы позволит расширить сырьевую базу стройиндустрии за счет вовлечения техногенного сырья и увеличить номенклатуру строительных материалов. Разработка отвалов и захоронений техногенных образований позволит улучшить экологическую обстановку региона.

СПИСОК литературЫ

1.  Объяснительная записка к обзорной карте месторождения строительных материалов Куйбышевской области. – М.: Министерство геологии РСФСР, 1986. – 187 с.

2.  Новопашин часть поволжских сланцев // Теоретические основы формирования строительных материалов и опыт их применения в строительстве: Автореф. дис. … докт. техн. наук. – Новосибирск: НИСИ, 1970. – 30 с.

3.  Новопашин часть Поволжских сланцев. – Куйбышевское книжное издательство, 1973. - 120 с.

4.  Книгина породы в строительстве Западной Сибири (генезис, свойства, применение): Автореф. дис. … докт. техн. наук. – М.: МИСИ, 1962. – 29 с.

5.  Долгарев сырьевые ресурсы в производстве строительных материалов: Справочное пособие. – М.: Стройиздат, 1990. – 456 с.

6.  Доманин и рациональное природопользование на рубеже веков // Вестн. Моск. ун-та. Сер.6. Экономика. – 2000. - № 3. – С. 54-59.

7.  , Рекитар вторичного сырья и отходов в производстве. Отечественный и зарубежный опыт, эффективность и тенденции. – М.: Экономика, 1983. – 167 с.

8.  Легкие бетоны на основе отходов промышленности: Учеб. пособие / , , ; Под ред. ; Самарск. арх.-строит. ин-т. – Самара, 1991. – 80 с.

9.  Марданова цементы из местного минерального сырья: Автореф. дис. … канд. техн. наук. - Казань, КазАСА 1995. – 23 с.

10.  , , Попов минеральных теплоизоляционных материалов и легких бетонов. - М., 1966.

11.  ГОСТ 9757-90. Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические условия.

12.  ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горелых пород для строительных работ. Технические условия.

13.  ГОСТ 3476. Активная минеральная добавка. Технические условия.

УДК 678.743.22

, аспирант, , канд. техн. наук, ассистент,