CC BY
37
УДК 666.972:612.2
ЦВЕТНОЙ ЛИЦЕВОЙ КИРПИЧ НА БАЗЕ МЯГКОГО МЕЛА ЛЫСОГОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
© 2011 г. К.С. Форопонов
Ростовский государственный строительный Rostov State Building
университет University
Показана возможность получения долговечного цветного лицевого кирпича из цементно-ме-ловой композиции на базе мягкого мела. Приведен сравнительный анализ характеристик одинарного полнотелого кирпича из цементно-меловой композиции и силикатного кирпича.
Ключевые слова: цветной лицевой кирпич; мягкий мел; использование отходов производства; производство строительных материалов.
The possibility of obtaining long-lasting color face bricks made of cement-Cretaceous composition based on the soft chalk. A comparative analysis of the characteristics of single solid brick of cement and chalk composition and silica brick.
Keywords: color face bricks; soft chalk; using waste products; manufacture of building materials.
В Матвеево-Курганском и Куйбышевском районах Ростовской области ощущается острый дефицит строительных материалов, и в частности стеновых. Существующую проблему можно решить путем создания малозатратных производств, использующих местные сырьевые материалы. Указанные регионы располагают практически неограниченными сырьевыми ресурсами, среди которых довольно перспективен мягкий мел, залежи которого выходят на поверхность земли, формируя два мощных месторождения: Кульбя-кинское и Лысогорское с общим запасом горной породы свыше 10 млн т. Сами месторождения мела легкодоступны для разработки.
Существующий опыт ограниченной эксплуатации месторождений определил возможности производства качественной воздушной извести, дисперсного мела для красок и подкормки птиц. Однако селекционная разработка пластов мела в карьерах привела к накоплению значительных отвалов, которые изрядно нарушают экологическую обстановку.
Мягкий мел обладает слабой водостойкостью, имеет в большинстве своем невысокую прочность и практически неморозостоек. Химический и минералогический составы мела довольно разнообразны. Небольшое содержание примесей, особенно глинистых и кремнистых, существенно меняет его свойства. Однако у мягкого мела есть
важное достоинство: он до 98 % состоит из дисперсных кристаллов кальцита. Этот минерал в тонкодисперсном состоянии вступает в физико-химическое взаимодействие с цементными новообразованиями в цементно-меловых композициях и формирует при этом довольно прочные и водостойкие гидрокарбоалюминаты кальция. Кроме того, кальцит обладает химическим сродством к цементному камню, что делает карбонатные породы эффективным заполнителем для бетонов [1], а дисперсный мел — качественным наполнителем в сухих строительных смесях [2].
Экспериментально доказано [3], что процессы упрочнения цементно-меловых композиций активно протекают в условиях всестороннего обжатия, что и послужило предпосылкой для изучения возможности изготовления довольно прочных и долговечных композиций методом жесткого прессования. Такой технологический прием формования малозатратен при реализации. Само жесткое прессование — это принудительное сближение минеральных частиц цементно-меловой формовочной смеси под действием давления, создаваемого практически мгновенным приложением прессующего усилия. Использование полусухих формовочных смесей позволяет осуществлять немедленную распалубку изделия после уплотнения, пакетирование и транспортирование пакетов к местам вызревания, которое может быть организовано в естественных условиях.
Многочисленные эксперименты по изготовлению жесткопрессованных цементно-меловых композиций позволили установить оптимальные параметры процессов подготовки мела и приготовления формовочной смеси, условия уплотнения и твердения. Обобщенные результаты этих опытов приведены в табл. 1.
Отработанная рецептура формовочной смеси: рекомендованная дозировка цемента (не менее М400) должна быть в пределах 20 %, остальная часть— мягкий мел установленного зернового состава. Качество формуемых изделий существенно зависит от водосодержания смеси, которое по результатам специально поставленных опытов составило 8 % от массы сухих компонентов при давлении прессования 25 МПа.
практический вывод: все категории мела могут с успехом использоваться в изготовлении жест-копрессованных изделий, т. е. для производства не требуется селекционная разработка пластов мела в карьере, кроме того, могут быть использованы и существующие отвалы.
Таким образом, проведенные опыты с дробленным мелом фракции 0—5 мм при описанных параметрах изготовления позволяли получить це-ментно-меловые композиты с прочностью, превышающей 10 МПа, но с ограниченной водостойкостью. При введении в состав формовочной смеси гидрофобнопластифицирующих добавок существенно повысилась водостойкость (коэффициент размягчения композита до 0,82—0,85) [3], что оказывалось достаточным для изготовления рядового жесткопрессованного кирпича.
Таблица 1
Физико-механические характеристики жесткопрессованных цементно-меловых композиций
Состав Удельное давление прессования, МПа Расход материалов, % от массы сухих компонентов Структурная прочность, Яс, МПа Плотность затвердевших композитов, Р, кг/м3 Прочность композитов при сжатии, Ясж, МПа Водопоглощение W, %
Вода Цемент
1 25 7 20 1,01 1866 11,67 18,9
2 25 1,02 1880 11,94 18,8
3 8 20 0,95 1872 12,46 18,8
4 25 0,95 1885 12,98 18,4
Влияние категории мягкого мела (загрязненности глинистыми примесями) было исследовано по аналогичной методике (табл. 2).
Исследования жесткопрессованных цементно-меловых композиций позволили сделать важный
Однако для производства лицевого кирпича, и в частности цветного, необходимо, чтобы минимальная прочность цементно-мелового композита была не менее 15 МПа и марка по морозостойкости — /35. Чтобы придать требуемую долговечность
Таблица 2
Влияние вида мела на свойства жесткопрессованных цементно-меловых
композитов
Свежеотформо-ванный В возрасте 28 сут.
Категория мела Сухие Водонасыщенные н,
н О rn g * Прочность МПа Средняя плотность, кг/м3 Средняя прочность, МПа Средняя прочность, МПа Водопоглощение, % (по массе) Коэффицие размягчения
A 1892 1,15 1872 12,46 8,72 18,8 0,70
B 1900 1,15 1880 12,52 8,89 18,6 0,71
C1 1900 1,22 1880 12,74 9,11 18,3 0,72
изделиям, коэффициент размягчения должен быть не менее 0,9. Для обеспечения перечисленных показателей назначения цеменгно-меловых композиций были использованы принципы механохимичес-кой активации: наполнение зернового состава мела тонкодисперсными частицами, тщательное перетирание формовочной смеси при перемешивании на смесительных бегунах и использование химических добавок — модификаторов.
Экспериментально был подобран оптимальный зерновой состав мела [3], содержащий до 30 % тонкодисперсной фракции с удельной поверхностью более 6000 см2/г, и добавки-гидрофобизагоры (российско-немецкого производства Мшшап Б№Л—21 и российского производства «кремнийорганическая эмульсия — КОЭ»). При ранее описанной рецептуре и отработанных режимах производства были получены жесткопрессованные цементно-меловые композиции, свойства которых приведены в табл. 3.
Анализ полученных физико-механических свойств этих жесткопрессованных цементно-мело-вых композиций показывает, что они вполне соответствуют требованиям к лицевому кирпичу, а отработанные в экспериментах рецептура и параметры изготовления вполне могут быть реализованы в условиях заводского производства изделий.
Мягкий мел и мелоподобные горные породы имеют светлые тона. Поскольку их содержание в жесткопрессованных цементно-меловых композициях доходит до 80 %, было интересно оценить возможности получения цветных изделий. В проводимых экспериментах использовались минеральные железооксидные пигменты, обладающие достаточной щелочестойкостью. Прежде всего был отработан наиболее эффективный порядок введения пигментов: их смешивали с мелом, затем добавляли цемент и воду затворения с химической добавкой. Время перетирания композиции— не менее 3 мин.
Эксперименты с цветными композициями подтвердили правомочность ранее подобранных
оптимального зернового состава мела, водосо-держания формовочной смеси, расхода цемента и давления прессования. Они оказались практически неизменными по сравнению с рецеп-турно-технологическими факторами, подобранными для неокрашенных композиций. Результаты опытов с цветными композициями приведены в табл. 4.
При введении пигментов отмечался небольшой прирост плотности композитов и незначительное снижение их прочности и водостойкости. Однако приведенные в таблице свойства цветных цементно-меловых композитов вполне отвечают тем требованиям, которые необходимы для производства качественного лицевого кирпича.
Дальнейшие исследования разработанных композиций производились с целью оценки их атмос-феростойкости. При этом испытании определялась степень изменения внешнего вида изделий — потеря блеска, изменение цвета, белесоватость, выветривание, растрескивание, отслаивание, коррозия.
В исследованиях использовались образцы-цилиндры, изготовленные при установленных ранее рецептурно-технологических параметрах на различных пигментах. Эти образцы были разделены на две группы: первая группа хранилась в закрытом ящике, а вторая— в условиях воздействия окружающей среды (солнечное излучение, ветровые воздействия и т. д.). По достижении контрольных сроков, равных 3 месяцам, образцы сравнивали с теми, которые находились в закрытой коробке и экспер-тно оценивали изменения по пятибалльной шкале. Результаты исследований приведены в табл. 5.
В проведенных исследованиях наилучшим образом показали себя образцы с желтым и коричневым пигментами, которые, по нашему мнению, наиболее востребованы в производстве цветного кирпича. Слабые результаты
Таблица 3
Состав Средняя плотность в проектном возрасте, кг/м3 Прочность при сжатии в проектном возрасте, МПа Пористость, % Водопоглощение по массе, % Коэффициент размягчения Марка по морозостойкости
Контрольный 1888 16,0 34,4 14,1 0,79 F15
BWA-21 1890 19,4 29,1 12,9 0,91 F35
КОЭ 1889 16,8 29,3 13,1 0,90 F35
Свойства неокрашенных жесткопрессованных цементно-меловых
композиций
поставленного эксперимента с зеленым и синим пигментами объясняются тем, что они подвержены сильному воздействию ультрафиолета, что проявилось в потере цвета и проявлении белесоватости.
Стоит отметить, что все образцы показали хорошую стойкость относительно выветривания, растрескивания и отслаивания.
При выпуске опытных партий были проверены свойства жесткопрессованных цементно-меловых композиций в кирпичах. Параллельно была испытана партия цветного силикатного кирпича Глубокинского завода (табл. 6).
Таблица 4
Сравнительный анализ результатов испытаний подтвердил вполне достаточные свойства цветного цементно-мелового кирпича, не уступающего,
Свойства цветных жесткопрессованных цементно-меловых композиций
Состав Средняя плотность в проектном возрасте, кг/м3 Прочность при сжатии в проектном возрасте, МПа Пористость, % Водопоглощение по массе, % Коэффициент размягчения Марка по морозостойкости
Контрольный 1888 15,97 34,2 15,5 0,77 F15
BWA-21 1896 19,12 30,1 13,2 0,89 F35
КОЭ 1892 16,23 30,5 13,2 0,89 F35
Таблица 5
Исследования атмосферостойкости жесткопрессованных цементно-меловых композитов
Пигмент Потеря блеска Белесоватость Выветривание Растрескивание Коррозия, отслаивание
Зеленый 3 3 4 5 4
Коричневый 4 4 5 5 5
Желтый 4 4 5 5 5
Красный 3 3 5 5 5
Синий 2 3 4 5 4
Таблица 6
Сравнительный анализ результатов испытаний
Свойства изделий Данные эксперимента
Цементно-меловой кирпич Силикатный кирпич
Средняя плотность, кг/м3 1820 1856
Масса, кг 3550 3620
Марка по прочности М175 М200
Марка по морозостойкости F35 F35
Теплопроводность, Вт/м°С 0,55 0,75
а в ряде случаев и превосходящего по показателям качества силикатный.
Литература
1. Маилян Р. Л. Бетона на карбонатных заполнителях. Ростов, 1967.
2. Кошница Н. О., Макаречив М. С. Наполненные вяжущие вещества для сухих строительных смесей // Сухие строительные смеси. М., 2008. №2. С. 46-48.
3. Форопонов К. С., Ткаченко Г.А. Использование мягкого мела в производстве рядовых и лицевых стеновых изделий // Строительные материалы.М., 2010. № 9. С. 56-58.
Поступила в редакцию
27 октября 2010 г.
Форопонов Кирилл Сергеевич — аспирант, Ростовский государственный строительный университет. Тел. (8 (863)227-75-68. E-mail: [email protected]
Foroponov Kirill Sergeevich — post-graduate student, Rostov State Building University. Tel.(8(863)227-75-68. E-mail: [email protected]
