книги из ГПНТБ / Григорович, М. Б. Минеральное сырье для промышленности строительных материалов и его оценка при геологоразведочных работах

Т а б л и ц а 37

Технические требования к вспученному перлиту

1.Макроописание пород с выделением разновидностей, отбор на петрографический и химический анализы, определение объем­ ной массы и плотности.

2.Дробление и рассев на фракции 0,5—2,0 мм и 7—10 мм.

3.Определение потери при прокаливании и гигроскопической

влаги.

4.Определение содержания остаточной воды в перлитах при различных режимах термической подготовки для получения трех различных значений остаточной воды в пределах 0,5—4,5%. Тер­ моподготовка при 300, 400 и 500° в течение 30 мин.

5.Для фракции 7—10 мм предварительный обжиг на вспучива­ ние при t 900—1350° с интервалом 100—50° без термической под­ готовки. Продолжительность обжига от 1—2 мин при t 900° и до

20 сек при t 1235°.

6. Определение оптимального содержания остаточной воды.

7.Обжиг на 5—6 температур для установления оптимальной температуры обжига при оптимальном содержании воды.

8.Обжиг на оптимальную температуру при различной продол­ жительности, с целью установления оптимальной продолжитель­ ности вспучивания.

9.Для фракции 0,5—2,0 мм определение объемной массы пер­ литового песка-сырца.

10.Обжиг на 5—6 температур для установления оптимальной температуры вспучивания, при оптимальном содержании остаточ­ ной воды и одной продолжительности.

11.Обжиг на оптимальную температуру при различной продол­ жительности с целью установления оптимальной продолжитель­ ности вспучивания.

12. Определение объемной насыпной массы вспученного перли­ тового песка.

Масса пробы на лабораторные испытания на вспучнваемость составляет не менее 2,5—Зкг. Для полузаводских испытаний масса пробы может достигать нескольких тонн от каждой разновидности. Методы испытаний всех видов пористых неорганических заполни­ телей для легких бетонов определяются по ГОСТ 9258—61.

В е р м и к у л и т — минерал, близкий по составу и облику к слю­ дам. Он обладает хорошо выраженной спайностью, но значительно менее упруг, чем слюда. В группе вермикулита установлено 19 раз­ новидностей, но наибольшее распространение имеет собственно вермикулит (Бейтс, 1965). В промышленности в качестве вермнкулитового сырья обычно добывают сростки вермикулита и био-

.тита или флогопита. Вермикулит — водный магнезиальный силикат с переменным содержанием железа и алюминия. Образуется пу­ тем выветривания или, реже, гидротермального изменения флого­ пита и биотита. Сравнительный химический состав флогопита, био­ тита и вермикулита приведен в табл. 38.

Химический состав вермикулита отличается от флогопита и биотита тем, что происходит присоединение молекул воды, исчез­ новение калия и окисление железа до трехвалентного. Одновре­ менно изменяются и физические свойства минерала — понижаются твердость и прочность, ухудшается расщепляемость, уменьшаются показатели преломления. Минерал приобретает золотистый цвет, блеск его тускнеет и переходит в маслянистый.

Агрегаты вермикулита состоят из мягких, гибких, неэластич­ ных пластинок с совершенной спайностью, твердость их около 1,5, плотность 2000—2500 кг/м3. Так как процесс перехода био­ тита и флогопита в вермикулит происходит постепенно, сущест­ вуют переходные формы, которые находятся на разных стадиях изменения (гидробиотиты и гидрофлогопиты). Вода, входящая в состав вермикулита, располагается в виде оболочек ионов между алюмосиликатными слоями (межслоевая вода). При нагревании, происходит вспучивание слоев вермикулита, обусловленное превра­ щением содержащейся в них воды в пар, что приводит к увеличе-

84

шпо объема пластинки в 20—30 раз. На свойствах вермикулита' вспучиваться при обжиге и основано его промышленное использо­ вание. Вспученный вермикулит обладает низкой плотностью (0,07— 0,25), малым коэффициентом теплопроводности (0,05—0,09 при 30°), высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, химиче­ ской инертностью, долговечностью и термостойкостью (до 1000— 1100°).

Обожженный вермикулит применяется для теплоизоляционных засыпок, в качестве заполнителя легких, тепло- и звукоизоляци­ онных вермикулито-бетонов, для производства вермикулитовой штукатурки, керамики, как наполнитель лакокрасочных покрытий, пластмасс, резиновых изделий, линолеума, гербицидов и инсектофунгисндов, в качестве субстрата для выращивания растений мето­ дом гидропоники, как добавка к минеральным удобрениям для уменьшения их слежнваемости.

При проведении геологоразведочных работ оценка вермикулита производится по специально разработанным для разведываемого месторождения кондициям. При разведке Ковдорского месторож­ дения Госпланом РСФСР в 1959 г. были утверждены кондиции, согласно которым выделялись следующие сорта вермикулита: 1 сорт — крупностьне менее 1 мм, объемная масса после обжига не более 200 кг/м3; 2 сорт — крупность не менее 0,5 мм и объемная масса после обжига не менее 400 кг/м3. На вспученный вермику­ лит разработан ГОСТ 12865—67, согласно которому вермикулит в зависимости от размеров зерна делится на следующие фракции:

Согласно ГОСТ, полученный вермикулит должен отвечать тре­ бованиям, приведенным в табл. 39.

* В данной книге, в соответствии с системой СИ, для единства обозначения в г (кг, т) принят термин масса, в г/см3 — плотность.

85

Основные генетические типы месторождений вермикулита опи­ саны в табл. 40 (по П. П. Боровикову, 1963):

В настоящее время промышленные месторождения вермикулита известны только в I и IV группах. Месторождения вермикулита характеризуются сложным строением. По условиям залегания среди них можно выделить площадные (Ковдорское) и жильные (Булдымское). Ослюденение, как правило, неравномерное, так же как и степень гидратации слюд. Более изученное и крупное по за­ пасам Ковдорское месторождение характеризуется следующими типами руд: а) сунгулит-вермикулитовый; б) собственно вермикулитовый; в) гидрофлогопитовый. Наиболее ценной является соб­ ственно вермикулитовая руда, которая хорошо обогащается (из­ влечение 80—90%), содержание вермикулита в концентрате дости­ гает 90—98%. Средний гранулометрический состав руд по типам приведен в табл. 41 (по В. И. Терновому, 1969).

Содержание вермикулита в рудах месторождения колеблется от 5—6 до 30%.. При разведке были выделены участки с содержа­ нием вермикулита более 20%.

При опробовании месторождения вермикулита необходимо ре­ шить следующие задачи: 1) определить гранулометрический состав, содержание и качество вермикулита; 2) гранулометрический со­ став руды; 3) обогатимость руды и технологические свойства вер­ микулита и изделий из него.

8 6

Т а б л и ц а 41

Гранулометрический состав руд вермикулита

(в %)

Опробование месторождения производится на всех стадиях гео­ логоразведочных работ и, как правило, сплошное, по всей мощ­ ности продуктивного слоя. При однородном его строении длина проб может достигать 5—10 м. Канавы опробуются бороздовым способом с сечением борозды 20X15 см. По скважинам в пробу отбирается весь керн. Обработка проб производится рассеиванием (грохочением) их на фракции более 10 мм, 10—3 мм, 3—1 мм, 1— 0,5 мм и менее 0,5 мм. Рассев сопровождается сокращением по формуле

Q = K d 2.

Схема обработки проб изображена на рис. 10 (по В. И. Терно­ вому, 1962).

Содержание .вермикулита определяется для каждой фракции в % массовой концентрации от начальной массы пробы или в кг на 1 м3 руды. Выделение вермикулита из руды производится вруч­ ную, гравитацией на лабораторных концентрационных столах или отсадочных машинах, воздушной сепарацией или отсадкой в воде вспученного вермикулита.

Качество вермикулита характеризуется главным образом его объемной массой после обжига. Обжиг проб производят в лабора­ торной муфельной печи, а затем в полупромышленных печах раз­ личных конструкций.

Обычно отбираются пробы и для определения обогатимости вермикулитовых руд. Пробы в стадию предварительной разведки отбираются по основным природным и промышленным типам руд. При детальной разведке отбираются усредненные пробы по типам руд. Обогащение вермикулитовых руд производится одним из сле­ дующих способов: 1) гравитация в отсадочных машинах, суспен­ зированных барабанах и на концентрационных столах; 2) изби­ рательное дробление; 3) воздушная сепарация.

Наиболее эффективен первый способ (в отсадочных машинах).. Иногда при проведении геологоразведочных работ отбираются специальные пробы для получения и испытания изделий из верми-

87’

кулита. Для этих целей обычно используются концентраты, полу­ чаемые при определении обогатимости руд. Для проведения испытаний в лабораторном масштабе масса каждой фракции дол-

Рис. 10. Схема обработки проб вермикулита (по В. И. Терновому)

жна составлять 100—150 кг, а всей пробы 400—600 кг. Масса пробы для полупромышленных и промышленных испытаний согла­ совывается с организацией, производящей испытания.

88

МИНЕРАЛЬНАЯ ВАТА

Минеральная вата является высокоэффективным тепло- и зву­ коизоляционным материалом и ее производство в последнее время получило значительное распространение. Она представляет собой рыхлый материал, состоящий из тонких стекловидных волокон, получаемых путем распыления жидкого расплава шихты из раз­ личных горных йород или металлургических и топливных шлаков. Изготовляется минеральная вата пародутьевым, воздуходутьевым или газодут'ьевым способом. В основу этих способов положено ис­ пользование кинетической энергии пара, сжатого воздуха или газа, выходящего из сопла и встречающего на своем пути струю сили­ катного расплава, в результате чего последний сначала разбива­ ется на капли, а затем вытягивается в виде тонкого волокна.

Минеральная вата применяется как теплоизоляционный мате­ риал или является полуфабрикатом для производства изделий. Сырьем для производства минеральной ваты служат горные по­

(табл. 42), но экспериментально установлено, что температура плавления сырья не должна превышать 1500°, а химический состав расплава должен быть в следующих пределах (в %): ЭЮг 34,0—

Желательно, чтобы шихта состояла не более чем из двух ком­ понентов. Модуль кислотности, т. е. отношение кислых окислов к плавням, должен быть в пределах 1,3—2,1.

89

кость и долговечность, что наряду с декоративностью делает их незаменимым материалом для общественных и государственных зданий и сооружений, рассчитанных на длительную службу. Со­ гласно ГОСТ 9479—69 горные породы, используемые для добычи блоков, в зависимости от прочности разделяются на твердые, средней твердости и мягкие. К твердым породам относятся: гра­ нит, диорит, сиенит, лабрадорит, габбро, базальт, диабаз, андезит, кварцит. К породам средней твердости: мрамор, мраморовидный известняк и песчаник. К мягким породам: известняк, доломит, тра­ вертин, гипсовый камень и туф вулканический. Наибольшей долго­ вечностью обладают кварциты, характеризующиеся высокой стой­ костью по отношению к химическому и механическому выветрива­ нию. Долговечными являются также граниты, в составе которых кварц играет существенную роль. Значительно менее долговечны мраморы, особенно цветные, которые в климатических условиях северных широт при службе на открытом воздухе начинают до­ вольно быстро разрушаться.

Облицовочные камни по областям применения делятся на три группы. К первой группе относятся камни, которые не несут сколько-нибудь значительных механических нагрузок. Это камни,, из которых изготовляются плиты для облицовки стен зданий (внутренних и внешних). Они должны обладать высокой погодо­ стойкостью и продолжительным сроком службы. Для этих целей используют главным образом изверженные (граниты, лабрадориты) и метаморфические (кварциты) породы. Мраморы, извест­ няки и травертины для внешних облицовок применяют реже. Для внутренней облицовки' стен применяются главным образом породы средней твердости и мягкие как более легко поддающиеся обра­ ботке (мраморы, известняки, гипс). Основным требованием явля­ ется декоративность.

Вторую группу составляют камни, которые несут большую ме­ ханическую нагрузку. Из них изготовляют плиты для полов, сту­ пеней, облицовки устоев мостов. Камни, входящие в эту группу, должны обладать высокими физико-механическими показателями (низкая истираемость, сопротивление ударным воздействиям), а предназначенные для внешних облицовок и. погодостойкостью. При выборе камня, предназначенного для настилки полов и изго­ товления ступеней, учитывают степень интенсивности людского потока. В сооружениях со значительным движением (метро, те­ атры, клубы) применяют плиты твердых пород• (граниты, габбро); там, где движение людей сравнительно небольшое, пригодны и менее стойкие к истиранию породы (мраморы).

К третьей группе относятся камни, употребляемые на соору­ жение памятников и крупных архитектурных деталей (колонн, пи­ лонов). Требования к климатической стойкости и физико-механи­ ческим свойствам зависят от условий службы. К блокам камня, добываемым для этих целей, предъявляются повышенные требо­ вания в отношении размеров.

91

К а м н и с п е ц и а л ь н о г о паз н а ч е н и я. Эти камни приме­ няются для изготовления жаростойких, щелочестойких и кислото­ стойких изделии. К ним предъявляются специфические требования в отношении петрографического состава с учетом влияния среды на те или иные минералы, слагающие породу.

Шт у ч н ы е к а м и и, п р и м е н я е м ы е в д о р о ж н о м с т р о ­ и т е л ь с т в е : бортовые камни, шашка, брусчатка и колотый ка­ мень. Бортовые камни отделяют проезжую часть улицы от тро­ туаров, газонов. Брусчатка представляет собой куски камня уста­ новленных размеров и формы, предназначается для устройства дорожной одежды и полос укрепления, для мощения городских улиц и площадей. Колотый камень используется для укрепления откосов, земляных сооружений, берегоукрепительных работ, для устройства дорожной одежды автомобильных дорог IV и V кате­ горий. В качестве дорожных камней применяются изверженные, метаморфические и осадочные породы.

П и л ь н ы е с т е н о в ы е ка мни , нарезаемые непосредственно на карьерах с помощью камнерезных машин, а также получаемые вручную в виде блоков различного размера, применяются для кладки стен. Для получения стеновых камней используются лег­ кие, пористые горные • породы, объемная масса не превышает 2100 кг/м3. Благодаря низкой теплопроводности, небольшой объемной массе, достаточно высокой прочности и погодостойкости блоки из природного камня являются хорошим стеновым матери­ алом. Стеновые блоки изготовляются главным образом из извест­ няков-ракушечников и вулканических туфов.

КАМНИ МАССОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Р в а н ы й к а м е н ь используется в качестве'бута. Он в виде кусков неправильной формы применяется для кладки фундамента и бутобетона, а также в виде крупных включений в бетон, укла­ дываемый в фундаменты. Кроме того, применение бутового камня допускается для кладки стен нежилых, вспомогательных и про­ изводственных зданий, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Бутовый камень применяется и в набросных гидро­ технических сооружениях (плотинах). Для получения бутового камня пригодны как изверженные, так. метаморфические и осадоч­ ные породы.

Д р о б л е н ы й к а м е н ь составляет наиболее значительное ко­ личество строительного камня массового производства, получа- ■ется путем измельчения добытой горной породы. Основное при­ менение он находит в качестве щебня крупного заполнителя бе­ тона.

По объемному весу, областям применения минеральные запол­ нители бетона делятся на заполнители тяжелого (обычный, дорож­ ный и гидротехнический) и заполнители легкого бетона (см.

•стр. 75—90).

-92