Материаловедение и технология конструкционных материалов для строительства* Конспект лекций (стр. 8 )

Золы и шлаки ТЭС возможно использовать при производстве практически всех строительных материалов и изделий. Например, введение
100-200 кг активной золы (уноса) на 1 м3 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, измельчается и направляется в отвалы в виде хвостов обогащения. 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 CaSO4⋅2H2O 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 CaSO4 с примесями исход­ного неразложившегося флюорита. Он может содержать также неотмытую серную кислоту.

Титаногипс – отход при сернокислотном разложении титансо-держащих 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, SiO2 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 возвращаться в производство, а также использоваться для раскисления почв и 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, тряпье, 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.

Таблица 1. Отходы промышленности,

используемые в производстве строительных материалов

Отходы	Области применения и материалы
Шлаки черной металлургии: доменные, мартеновские, ферромарганцевые	Портландцемент (производство клинкера), портландцемент с минеральной добавкой, шлакопортландцемент, смешанные бесцементные вяжущие, заполнители для бетонов, шлаковая вата, шлакоситаллы и т. д.
Отходы цветной металлургии: шлаки (медеплавильных печей, никелевого производства, свинцовой шахтной плавки и т. д.), шламы (бокситовый, нефелино­вый, каолино-вый)	Вяжущие автоклавного твердения, песок и щебень, портландцемент (про­изводство клинкера), нефелиновый цемент, материалы для укрепления грунтов, огнеупоры, теплоизоляцион­ные материалы и т. д.

Продолжение табл. 1

Золы и шлаки тепловых элек­тростанций	Вяжущие, пористый гравий, газобетон, силикатные изделия, добавки к кера­мике и т. п.
Вскрышные породы: вскрышные и пустые породы, хвосты обогащения и т. д.	Портландцемент (производство клин­кера), воздушная известь, минеральная вата, стекло, пигменты, керамический кирпич, силикатный кирпич, заполни­тели для бетонов и т. д.
Отходы угледобычи и углеобо­гащения: коксохимических предприятий, углеобогатительных фабрик, шахтные негорелые породы	Пористый заполнитель для бетона, керамический кирпич, материалы для строительства дорог
Гипсовые отходы химической промышленности: фосфогипс, фторгипс, титаногипс, борогипс, сульфогипс	Замена традиционного гипсового сы­рья
Отходы древесины и лесохи­мии: кора, пни, вершины, ветви, сучья, горбыль, стружки, щепа, опилки, лигнин, скоп и т. д.	Арболит, фибролит, ДВП, ДСП, столярные плиты, опилкобетон, ксилолит, клееные изделия, щитовой паркет, дрань, лигноуглеводные древесные пластики, королит, блоки из сучков, плиты из цельной коры, выгорающие добавки, пластифицирующие добавки, отделочные материалы, кровельный картон и т. д.
Отходы промышленности строительных материалов: цементная пыль, каменная пыль, крошка, кирпичный бой, бракованный и старый бетон	Портландцемент, заполнители для бетона, минеральный наполнитель, добавки, смешанные вяжущие вещества и т. д.
Пиритные огарки	Портландцемент (корректирующая добавка)
Электротермофосфорные шлаки	Портландцемент (компонент сырьевой смеси), ШПЦ, сульфатостойкий ШПЦ, литой щебень, шлаковая пемза, стеновая керамика (компонент шихты)
Прочие отходы и вторичные ресурсы: стекольный бой и отходы стекла, макулатура, тряпье, изношенные шины и т. д.	Стекло, наполнитель для асфальта, добавка при производстве стеновой керамики, пористый заполнитель для бетона, кровельный картон, изол, фольгоизол и т. д.

3. ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Природные каменные материалы и изделия получают путем механической обработки горных пород, т. е. дробления, раскалывания, распиловки, отески, шлифовки (щебень, плиты и т. д.). Сырьем для получения природных каменных материалов служат горные породы, физико-меха-нические и химические свойства которых в основном не изменяются в процессе механической обработки и, следовательно, определяют свойства соответствующих материалов.

Природные каменные материалы очень прочны, долговечны, огнестойки, обладают прекрасными декоративными свойствами. В наше время при­родные плотные каменные материалы, как правило, уже не используются для возведения стен, арок, куполов, колонн и других несущих и ограждающих конст­рукций, т. к. эти материалы трудоемки в обработке, обладают большой массой и высокой теплопроводностью. Но из-за положительных эксплуатационных и эстетических качеств продолжают широко применяться для облицовочных работ, устройства полов, дорожных покрытий и пр. Пористые природные материалы применяются в конструкци­ях стен жилых и общественных зданий в виде стеновых камней и блоков. Грубообработанные каменные материалы и соответствующие горные породы широко используются в качестве заполнителей для бето­нов, изготовления других искусственных каменных изделий на минеральных и органических вяжущих.

3.1. Классификация природных каменных материалов

По виду и степени обработки различают грубообработанные материалы (бутовый камень, щебень, гравий, песок) и профилированные изделия (изделия и профилированные детали из природного камня; штучный камень и блоки правильной формы; плиты для наружной и внутренней облицовки зданий, полов; изделия для дорожного строительства и т. п.).

По способу изготовления природные каменные ма­териалы и изделия можно разделить: на пиленые, полученные абразивной обработкой (стеновые камни и блоки, облицовочные плиты и плиты для пола), и колотые, полученные ударной обработкой (бор­товые камни, камни тесаные, брусчатка, шашка для мощения и др.).