CC BY
2DOI 10.53980/24131997_2022_3_92
М.Е. Заяханов, д-р техн. наук, проф., e-mail: zayakhanov@mail.ru Е.Д. Балханова, канд. техн. наук, доц., e-mail: baled67@mail.ru Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 533.612
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИЗВЕСТНЯКОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РЕСПУБЛИКИ БУРЯТИЯ В СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ
В статье приведены данные по составам известняков месторождений Республики Бурятия, их особенности и использование. По физико-механическим свойствам и химическому составу известняки пригодны для получения различных материалов, в том числе строительной извести, вяжущих материалов, растворов и бетонов, и производства строительных изделий и конструкций. Чистые мелко- и крупнокристаллические известняки могут быть применены также для производства карбида, кроме этого они пригодны для использования в целлюлозно-бумажном производстве, металлургической промышленности в качестве флюса и др. На территории Республики Бурятия выявлено более 30 месторождений и проявлений известняков, в том числе Татарский ключ, Нарынское, Бабкин-ское, Барун-Торейское, Удинское, Еловское и др. Наибольший интерес представляет Билютинское месторождение известняков, которое расположено в Заиграевском районе.
Ключевые слова: известняк, месторождение, физико-механические свойства, химический состав, строительная известь, раствор, бетон, производство.
M. E. Zayakhanov, Dr.Sc. Engineering, Prof E.D. Balkhanova, Cand. Sc. Engineerind, Assoc. Prof.
THE USE OF LIMESTONE DEPOSITS OF THE REPUBLIC OF BURYATIA IN BUILDING MATERIALS
The article presents data on the composition of limestone deposits of the Republic of Buryatia, their features and use. According to their physical and mechanical properties and chemical composition, limestones are suitable for the production of various materials, including construction lime, binders, mortars and concretes, and the production of building products and structures. Pure fine-crystalline and coarse-crystalline limestones can also be used for the production of carbide, besides they are suitable for use in pulp and paper production, the metallurgical industry as a flux, etc. More than 30 deposits and limestone manifestations have been identified on the territory of the Republic of Buryatia, including Tatarsky Klyuch, Narynskoye, Bab-kinskoye, Barun-Toreyskoye, Udinskoye, Yelovskoye, etc. The most famous of them and the most interesting is the Bilyutin limestone deposit, which is located in the Zaigraevsky district.
Keywords: limestone, deposit, physical and mechanical properties, chemical composition, construction lime, mortar, concrete, production.
Введение
Известняк - осадочная (экзогенная) горная порода, которая состоит из кальцита. Известняки бывают чистые и смешанные: глинистые, песчаные, кремнистые, доломитовые и др. [1, 2]. На территории Республики Бурятия выявлено более 30 месторождений и проявлений известняков, в том числе Татарский ключ, Нарынское, Бабкинское, Барун-Торейское, Удинское, Еловское и др. [3]. Наиболее известно из них и наибольший интерес представляет Билютинское месторождение известняков, которое входит в состав карьера «Татарский ключ» ООО «Горная кампания» холдинга «Сибирский цемент» и расположено в Заиграевском районе в 25 км от железнодорожной станции Челутай. Месторождение приурочено к останцу верхне-
протерозойских осадочных пород, которые простираются в субширотном направлении и разделяются на пласты карбонатных и терригенно-карбонатных пород. Внутреннее строение пластов отличается большой сложностью и характеризуется чередованием чистых и слабодоло-митизированных известняков с некондиционными породами.
По качеству выделяют два основных природных типа известняков и им соответствуют технологические сорта:
- чистые (химические) известняки, пригодные для производства продуктов химической промышленности;
- слабодоломитизированные (строительные) известняки, пригодные для производства строительных материалов.
Чистые известняки плотные (2,70-2,79 кг/м3), прочные (260-445 кг/см2), массивные, мелкокристаллические (размеры менее 0,25 мм), состоят из кальцита. В качестве незначительных примесей отмечаются магнетит, кварц и доломит.
В слабодоломитизированных известняках отмечается магнетит, кварц и доломит (до
5%).
Результаты исследований и их обсуждение
Физико-механические свойства и химический состав известняков Билютинского месторождения, которые приведены в таблицах 1, 2, были исследованы Томским политехническим институтом и Ленинградским научно-исследовательским институтом химической промышленности [3].
Таблица 1
Физико-механические свойства известняков
Виды известняков Плотность, кг/м3 Пористость, % Прочность при сжатии, МПа Водопоглоще- ние, % Морозостойкость
Химические 2,70-2,79 0,40-5,20 8,7-11,8 0,14-1,23 F15
Строительные 2,74-2,76 0,40-2,20 9,5-12,2 0,24-0,37 F15
Таблица 2
Химический состав известняков
Виды известняков Содержание оксидов, мас. %
AhOз Fe2Oз CaO MgO ппп
Химические 0,02-1,40 0,01-0,72 0,01-0,59 52,96-56,0 0,04-0,97 41,20- 43,05
Строительные 0,03-0,94 0,01-3,98 0,01-1,82 45,50-55,63 0,10-0,13 42,15-43,56
Дальнейшие исследования известняков показали, что по физико-механическим свойствам и химическому составу известняки Билютинского месторождения пригодны для получения различных материалов, в том числе строительных изделий. На основе Билютинского месторождения известняков карьер «Татарский ключ» добывает, перерабатывает и выпускает широкую номенклатуру продукции:
- известняк фракционный 0-0,02 мм: ТУ 5743-001-77096306-2012;
- известняк фракционный 0-5 мм: ТУ 5743-001-77096306-2012;
- известняк фракционный 5-20 мм: ТУ 5743-001-77096306-2012;
- известняк фракционный 30-80 мм: ТУ 5743-001-77096306-2012;
- порошок минеральный: ГОСТ 32761-2014;
- мука известняковая (доломитовая): ГОСТ 14050-93;
- мука известняковая для подкормки птицы: ГОСТ 26826-86.
По химическому составу и технологическим свойствам известняки пригодны для получения строительной извести, которая широко применяется для получения растворов и бетонов, вяжущих материалов и производства строительных изделий и конструкций [4].
Испытания известняков Билютинского месторождения на строительную известь приведены в таблице 3. Обжиг известняка при целенаправленном нагреве карбонатного сырья до определенной температуры приводит к его разложению на оксид кальция и углекислый газ. Величина температуры напрямую определяет скорость процесса, однако важно соблюдение температурного интервала. При его превышении происходит пережог сырья, что ведет к формированию крупнокристаллического оксида кальция и к существенному замедлению процесса гашения.
Процесс обжига известняка используется в производстве извести, соды, цемента, вяжущих веществ.
Таблица 3
Испытания на строительную известь
Температура обжига, оС Содержание оксидов Ca0+Mg0, % Содержание непогасившихся зерен, % Выход теста из 1 кг, л Скорость гашения, мин
1080 90,2-93,8 1,8-2,9 2,4 12-15
1200 89,0-97,6 0,16 - 0,60 3,00 10-14
Использование известняка в качестве композиционной добавки в цементы способствует оптимизации гранулометрического состава цемента, уплотнению структуры и снижению пустотности цементного камня. Благодаря этому повышается начальная прочность растворов и бетонов. Также известняк по причине хорошей водоудерживающей способности снижает водоотделение цемента, что способствует производству более качественных и однородных по своей структуре бетонных и растворных смесей (отсутствие водоотделения и расслоения). Кроме того, известняк улучшает пластичность и удобоукладываемость бетонных смесей, что способствует получению более качественных поверхностей бетонных изделий, снижению количества пор и раковин [11-13].
Качество известняка оказывает большое влияние и на качество цемента и может меняться в зависимости от сырьевой базы. Чем выше содержание оксида кальция в известняке и меньше оксида магния и кремния, тем выше качество известняка.
Слабодоломитизированные известняки Билютинского месторождения и кальциты месторождения «Татарский ключ» по своему химическому составу (табл. 4) пригодны для производства цемента и использовались на Тимлюйском цементном заводе холдинга «Сибирский цемент».
Таблица 4
Химический состав известняков для производства цемента
Соде ржание оксидов, мас. %
8102 М2О3 Ге203 СаО Mg0
1,03-4,94 0,01-3,98 0,01-1,82 45,50-55,63 0,10-3,19
Известняки Билютинского месторождения, как и других, могут быть использованы для получения известково-кремнеземистых вяжуших материалов, например, известково-перлито-вых, известково-шлаковых и др. Исследования свойств известково-перлитовых вяжущих показали, что их прочность зависит во многом от степени остеклованости перлитовых пород.
Известково-перлитовые вяжущие на основе перлитовых пород с содержанием стекло-фазы 70-90 % имеют более высокие показатели по прочности как при автоклавировании, так и пропаривании (табл. 5).
Таблица 5
Свойства известково-перлитовых вяжущих
№ п/п Содержание стекло-фазы в перлите, % по массе Предел прочности при сжатии, Мпа, при содержании активной СаО, %
10 15 20 25 30
1 10 26/8* 39/13 43/16 40,5/12 30/9
2 30 26,5/11 42/16 44/21 40/15 33/11
3 50 32/14 44/26 48/39 43/21 35/17
4 70 32/23 46 /31 50/42 43 /30 38 /27
5 90 33/24 49/38 56/44 43/41 39,5/35
Примечание: * над чертой - результаты при автоклавировании, под чертой - при пропаривании
Анализ результатов исследований показал, что прочность на сжатие известково-перлитовых вяжущих также зависит от содержания активного оксида кальция, оптимальное содержание которого составляет 20 % [6-10].
Известняковый щебень - самый доступный из известных заполнителей в бетоны, морозостойкий, однако наименее прочный. На известняковом щебне Бюлитинского месторождения получают бетон В7,5 - В22,5 [4, 12]. Известняковый щебень и бетон на его основе пригодны для укладки ленточных фундаментов, полов и разнообразных строительных конструкций. В таблице 6 представлены результаты определения свойств бетонов на известняковом щебне.
Таблица 6
Свойства бетонов на известняковом щебне
Состав В/Т-отно-шение Расход материалов, кг/м3 Плотность кг/м3 Прочность на сжатие в возрасте 28 сут, МПа
Цемент Песок Щебень Вода
1 0,30 534 497 1218 160 2410 40,2
2 0,33 493 418 1267 163 2440 39,3
Чистые мелкокристаллические и крупнокристаллические известняки могут быть применены также для производства карбида. Известняки, кроме того, пригодны для использования в целлюлозно-бумажном производстве, металлургической промышленности в качестве флюса и др. Дополнительные поисково-разведочные работы на облицовочный камень показали, что бутовый камень Билютинского месторождения - единственно пригодный и экологически чистый материал для отсыпки и укрепления берегов оз. Байкал.
Выводы
Таким образом, известняки месторождений Республики Бурятия можно рекомендовать в качестве сырья для производства различных строительных материалов и изделий. Наличие большого количества месторождений известняков позволяет расширить минерально-сырьевую базу и номенклатуру строительных материалов и изделий на их основе.
Библиография
1. Григорович М.Б., Немировская М.Г. Минеральное сырье для промышленности строительных материалов и его оценка при геологоразведочных работах. - М.: Недра, 1974. - 208 с.
2. Строительные материалы: справочник / А.С. Болдырев и др. - М.: Стройиздат, 1989.
3. Объяснительная записка к обзорной карте месторождений строительных материалов Бурятской АССР / Н.К. Никитин и др. - М.: Союзгеолфонд, 1988.
4. Баженов Ю.М. Технология бетона. - М.: Изд-во АСВ, 2007.
5. Комплексное использование минерального сырья и экология / П.И. Боженов. - М.: АСВ, 1994. - 264 с.
6. Виноградов Б.Н. Сырье для производства автоклавных силикатных бетонов. - М.: Стройиз-дат, 1966. - 244 с.
7. ВоробьевХ.С. Вяжущие материалы для автоклавных изделий. - М.: Стройиздат, 1972. - 287 с.
8. Данзанов Ц.М. и др. Перлиты Мухор-Талы и эффективность их комплексного использования. - Улан-Удэ: Бурят. кн. изд-во, 1976. - 48 с.
9. Курдюмов В.И. Искусственные песчано-известковые камни. - СПб., 1990.
10. Цыремпилов А.Д., Заяханов М.Е., Хардаев П.К., Хамаганов С.Д. Эффективные вяжущие и бетоны на основе эффузивных пород. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 1999. - 348 с.
11. Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе. -М.: Высш. шк., 2005. - 234 с.
12. Магдеев У.Х., Баженов Ю.М., Цыремпилов А.Д. Энергосберегающие технологии вяжущих и бетонов на основе эффузивных пород. - М.: РААСН, 2002. - 346 с.
13. Самченко С.В., Александрова О.В., Гуркин А.Ю. Свойства цементных композитов на основе известняка в зависимости от его гранулометрического состава // Вестник МГСУ. - 2020. - Т. 15. -Вып. 7. - С. 999-1006.
Bibliography
1. GrigorovichM.B., NemirovskayaM.G. Mineral raw materials for the construction materials industry and its assessment during geological exploration. - M.: Nedra, 1974. - 208 р.
2. Building materials: Handbook / A.S.Boldyrev et al.-M.: Stroyizdat, 1989.
3. Explanatory note to the overview map deposits of construction materials of the Buryat ASSR / N.K. Nikitin et al. - M.: Soyuzgeolfond, 1988.
4. Bazhenov Yu.M. Technology of concrete. - M.: Publishing House of the DIA, 2007.
5. Complex use of mineral raw materials and ecology / P.I. Bozhenov. - M.: DIA, 1994. - 264 p.
6. Vinogradov B.N. Raw materials for the production of autoclave silicate concrete. - M.: Stroyizdat, 1966. - 244 p.
7. Vorobyev H.S. Knitting materials for autoclave products. - M.: Stroyizdat, 1972. - 287 p.
8. Danzanov Ts.M. et al. Perlites of Mukhorty and the effectiveness of their integrated use. - Ulan-Ude: Buryat Publishing House, 1976. - 48 p.
9. Kurdyumov V.I. Artificial sand-lime stones. - St. Petersburg, 1990.
10. Tsyrempilov A.D., Zayakhanov M.E., Khardaev P.K., Khamaganov S.D. Effective binders and concretes based on effusive rocks. - Ulan-Ude: Publishing House of the BNC SB RAS, 1999. - 348 p.
11. Sulimenko L.M. Technology of mineral binders and products based on them. - M.: Higher School, 2005. - 234 p.
12. Magdeev U.Kh., Bazhenov Yu.M., Tsyrempilov A.D. Energy-saving technologies of binders and concretes based on effusive rocks. - M.: RAASN, 2002. - 346 p.
13. Samchenko S.V., Alexandrova O.V., Gurkin A.Yu. Properties of cement composites based on limestone depending on its granulometric composition // Bulletin of MGSU. - 2020. - Vol. 15. - Issue 7. - Р. 9991006.
