книги из ГПНТБ / Слободяник И.Я. Строительные материалы и изделия учебник

Схема дробильно-сортировочного завода показана на рис. 12. Для дробления камня на щебень применяют щековые и конус­

ные дробилки, роторные, ударного действия и др.

Сортируют щебень по фракциям на вращающихся сортировочныхгрохотах или на вибрационных (наклонных) ситах. Сортировочный вращающийся грохот может служить и моечным приспособ­ лением. Грохот состоит из секций с разными размерами отвер­ стий. Секции с отверстиями располагают таким образом, что вна­ чале выпадает щебень мелкой фракции, а по мере продвижения к выходному отверстию выпадает более крупный щебень. Отсор­ тированный материал попадает в раздаточные бункеры. Для изго­ товления щебня применяют также передвижные установки различ­ ной мощности.

Учитывая широкое развитие в СССР производства тонкостен­ ных прокатных, кассетных и армоцементных элементов, требующих качественного заполнителя мелких фракций, предусматривается увеличение производства мелких фракций материала.

До настоящего времени в бетонах применяли щебень кристал­ лических пород и гравий в основном без качественного их разделе­ ния. Однако прочность бетона во многом зависит от прочности щебня или гравия и их качественной однородности. Между тем в массе щебня могут быть, наряду с зернами высокой прочности, слабые зерна, характеризующиеся прежде всего пониженной объемной массой.

Качественно щебень и гравий можно разделить в специальных механических классификаторах, принцип действия которых основан на различных свойствах упругости и трения материалов, делением их по плотности в тяжелых суспензиях, в токе воздуха и др.

В качестве тяжелых суспензий применяют взвеси минералов ферросилиция или магнезита в воде. При плотности гравия (2,4-ь -г-2,6)І03 кг/м3 употребляют магнезит в смеси с ферросилицием, более 2,8 ■ІО3 кг'/м3— только ферросилиций.

Наряду с развитием производства щебня из кристаллических пород большое значение приобретает добыча и изготовление из­ вестнякового щебня. Известковые щебни по сравнению с кристал­ лическими имеют меньшую объемную массу (1 м3 известкового щебня имеет массу меньше гранитного на 150—260 кг)., меньшую теплопроводность, лучшую стойкость при кратковременном нагре­ ве до температуры 800° С, меньше затрачивается энергии на их дробление. При дроблении известняков на щебень можно попутно получить известковые пески и муку. Известковая мука может применяться в качестве наполнителя к извести и цементу и как удобрение для кислых почв.

Изготовление бута. Постелистый бут добывают с помощью бурильных, ударных механизмов и клиньев.

Рваный бут, используемый для бутовой кладки, бутобетона, бетона (в виде щебня), а также для дорог и гидротехнических сооружений добывают главным образом взрывным спо­ собом.

Добыча и обработка мягких пород. Мягкие породы (туфы, ра­ кушечники, опоки) разрабатывают открытым и реже закрытым спо­ собами. Породу режут на камни заданных размеров специальны­ ми камнерезными машинами (комбайнами). С помощью комбай­ нов (рис. 13) пласты породы разрезают перпендикулярно к забою (вдоль длинной стороны камня), подрезают камень снизу парал­ лельно забою (по ширине камня), отрезают камень сверху парал­ лельно забою (по толщине камня) и отделяют его от массива.

Существуют также специальные машины, изготовляющие круп­ ные блоки, которые дополнительными циркулярными машинами могут быть разрезаны на плиты.

Добыча и обработка каменных изделий из твердых горных пород. Для изготовления штучных каменных изделий из твердых пород необходимо отделить от массива блок крупных размеров; обработать поверхность блока; разделить блок на отдельные изде­ лия и плиты; придать поверхности изделия или плиты необходимую форму и фактуру.

Блоки от массива отделяют путем бурения в породе отверстий с последующим отрывом блока при помощи металлических клинь­ ев. В настоящее время применяют высокопроизводительные мето­ ды бурения, резки и обработки прочных каменных пород реактив­ но-струйными приспособлениями. Принцип работы этих приборов основан на разрушении пород под действием высокотемпературной (свыше 2500° С) газовой струи, выбрасываемой со сверхзвуковой (около 2000 м/сек) скоростью из сопла камеры сгорания керосина в кислороде (рис. 14).

Поверхности штучных изделий из твердых пород можно при­ дать бугристую, тесаную, пиленую, шлифованную или полирован­

Рис. 13. Камнерезная машина для вырезки крупных камней из мяг­ кой породы:

1 _ пила вертикальной продольной резки; 2 — пила горизонтальной подрезки камня.

ную фактуры. Бугристая поверхность может быть в виде «скалы» или «шубы»; тесаная поверхность представлена Гребешковой, риф­ леной, бороздчатой, ленточной, точечной или другими фактурами.

Распиливают блок-камни на плиты рамными пилами со сталь­ ными полосами, дисковыми пила­ ми со вставными зубьями из твер­ дых сплавов, вставок из искус­ ственных алмазов.

Рамные и дисковые распило­ вочные станки изготовляют с дву­ мя и более режущими элемента­ ми. При работе пил с дисками из обычной стали наместо распила подается сыпучий абразивный ма­ териал и вода. Для обрезки и распиловки каменных плит при­ меняют специальные дисковые станки.

В зависимости от твердости камня в качестве абразивного ма­ териала для распиловки и шли­ фовки применяют квйрц, корунд,

Г азо с т р у й н а я о б р а б о тк а карборунд, стальмассу, чугунную дробь и др.

Для придания камню бугристой, рифленой, точечной и других фактур применяют автоматизированные установки, пневмати­ ческие, электрические и ручные инструменты.

Поверхность каменных плит, предназначенных для облицовки, шлифуют и полируют на специальных станках, а также перенос­ ными шлифовальными аппаратами.

После шлифовки поверхность камня становится матовой. Чтобы сделать ее блестящей, полируют полировочными порошками, дис­ ками, покрытыми фетром, сукном, кожей, фланелью. Поверхность камня во время полировки смачивают, подсыпая одновременно тон­ кий абразивный порошок. Полировочными порошками служат так называемый русский порошок (раствор олова в азотной кислоте), оловянная зола, зеленый крокус (окись хрома), красный крокус (окись железа), мелкий иаждак, костяная зола, трепел, порошок пемзы, бентонитовая глина, опилки свинца, смешанные с абразив­ ным порошком, и др.

Если на поверхности плиты после шлифовки остаются раковины или трещины, то перед полировкой их заделывают цветной масти­ кой, подобранной под тон камня. В состав мастик входят смолы (канифоль, шеллак, карбинольный клей), наполнители (порошок обрабатываемой породы, цинковые белила) и различные мине­ ральные пигменты.

Для склейки применяют карбинольный клей, эпоксидную смолу

и др.

Для обработки лекальных поверхностей и вырезывания на камне узоров применяют фрезерные стационарные или пере­ движные станки со сменными инструментами различного на­ значения.

Рельефные изображения на каменных изделиях можно выпол­ нять с помощью пескоструйных аппаратов, работающих на песке или других абразивных материалах, подаваемых под давлением 5— 7 атм. Для этого на шлифованную или полированную поверх­ ность камня перед обработкой накладывают металлический шаб­ лон с заданным рисунком.

§ 14. Защита каменных материалов от разрушения и загрязнения

В процессе эксплуатации природные каменные материалы подвер­ гаются вредному воздействию атмосферных осадков, газов и пыли, находящихся в воздухе. Вредное влияние на них оказывают также переменное увлажнение и высыхание, действие на увлажненные материалы отрицательных температур. Приведенные факторы со­ кращают сроки службы строительных материалов. Ухудшаются при этом также их декоративные качества. Особенно быстро ухуд­ шаются свойства пористых белых каменных материалов, приме­ няемых для наружной облицовки (пильных известняков, ракушеч­ ников, опок).

Многие пористые материалы вследствие большого водопоглощения ограниченно применяются в строительстве. Поэтому защи­ та пористых строительных материалов от атмосферных влияний является важной задачей.

Причинами ухудшения свойств каменных конструкций могут быть физическое и химическое выветривание, биологическое раз­ рушение, загрязнение.

Причиной физического выветривания может служить вода, про­ никающая в трещины и поры камней, замерзающая и постепенно разрушающая камень, а также частое нагревание и охлаждение камня летом. Особенно быстро разрушаются от этих причин пор­ фировидные и крупнозернистые породы.

Некоторые вещества в породах (натрий, кальций, железо) рас^ творяются дождевой водой и уносятся из камня. Сернистые газы, находящиеся в воздухе, разрушают поверхность известняков и мраморов.

Мхи, лишайники, часто гнездящиеся в расщелинах камня, извлекают для своего питания щелочные соли и выделяют орга­ нические кислоты, вызывающие биологическое разрушение камня.

Защита строительных материалов от коррозии прежде всего связана с их защитой от возможного проникновения воды кон­ структивными или химическими способами. К конструктивным способам относят применение камней с полированной поверхно­ стью, а также предохранение поверхности камня от скопления на ней дождевых и снеговых вод.

Способы химического уплотнения заключаются в том, что по­ верхность пористого камня пропитывают водным раствором веще­ ства, вступающего в химическое взаимодействие с минералом камня. При этом растворимое вещество становится нераствори­ мым. Для этой цели применяют соли кремнефтористоводородной кислоты (флюатирование). Взаимодействие их с минералами, об­ разующими каменные известковые породы, можно выразить таким уравнением:

2СаСО:1+ MgSiF0 = 2CaF2 -f MgF2 + Si02 + 2C02.

В результате реакции в порах камня и на его поверхности

камня, а также устойчивость его по отношению к воздействию химических факторов.

Водопоглощение камня, обработанного химическим способом, понижается. Кроме флюата магниевой соли, применяют также алюминиевый флюат, придающий камню матово-белый цвет.

Для обработки пород с крупными порами на поверхности или с низким содержанием СаСОз прибегают к предварительному про­ питыванию (аванфлюатированию) поверхности камня раствором

хлористого кальция, а после высушивания — раствором соды. При этом происходит реакция образования карбоната кальция:

СаС12 + Na2C03 = СаС03 + 2NaCl.

Перед флюатпрованием поверхность камня можно насытить из­ вестковой водой или молоком.

Реакция между гидратом окиси кальция и флюатом даст реакцию, аналогичную приведенной ранее:

2Са(ОН)2 + MgSiF„ = MgFa + 2CaF2 + Si02 + 2НгО.

Чтобы предотвратить выветривание облицовочных материалов, некоторые породы можно пропитать последовательно жидким стек­ лом и хлористым кальцием. В результате взаимодействия жидкого стекла и хлористого кальция в порах камня образуются нераство­ римые соединения силиката кальция и кремнекислоты, заполняю­ щие поры на поверхности.

Долговечность пористых камней повышается также при про­ питывании их минеральными маслами, горячей олифой, лаками. Однако поверхность материалов теряет свой цвет.

Уплотнить поверхность камня можно также последовательной пропиткой спиртовым раствором калийного мыла и уксуснокисло­ го глинозема. В порах камня в этом случае отлагается глинозем­ ная соль жирной кислоты, входящей в состав мыла.

В последнее время для уплотнения поверхности камня при­ меняют кремнийорганические соединения, в водных и летучих рас­ творителях обладающие гидрофобными свойствами: полиэтилгидросилоксановую жидкость ГКЖ-94, метилсиликонат натрия ГКЖ-11, этилсиликонат натрия ГКЖ-Ю и др.

Ill__________________________________

ПОПУТНЫЕ ПРОДУКТЫ топливной

ИТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ВПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

§15. Горелые породы

помимо природного минерального и органического сырья и син­ кретических продуктов имеется огромное количество так называе­ мых отходов — попутных продуктов промышленных предприятий. Эти продукты рассматриваются в соответствующих разделах кур­ са (например, отходы асбестообогатительных фабрик, горноруд­ ной промышленности — в разд. II, отходы металлургической и

металлообрабатывающей промышленности — в разд. V, лесной и сельскохозяйственной промышленности — в разд. XV и др.).

Особое место занимают попутные продукты, получаемые при подземном сгорании топлива (горелые породы), при добыче угля (шахтные породы), при сжигании различных в'идов твердого топ­ лива (зола и шлак).

Горелые породы — продукт самообжига пустых пород. Их химико-минералогический состав определяется характером угле­ носной конгломеративной свиты бассейна. Если горение происхо­ дило в недрах земли при подземных пожарах, то в результате устойчивой эрозии этой свиты образовались природные горелые породы, или глиежи. При окислительном самообжиге шахтных пород, в которых находится до 30% каменного угля, получа­ ются отвальные горелые породы, имеющие плотное слоистое строение.

Собственно горелыми породами называются перегоревшие пус­ тые шахтные породы, содержащие минимальное (менее 5%) коли­ чество углистых примесей и минеральную глинисто-песчаную часть, обожженную в той или иной степени. К ним относятся все разно­ видности природных обожженных глинисто-песчаных смесей с раз­ личным количеством углистых примесей, иногда неполностью вы­ горевших.

Отвальные горелые породы (из терриконов шахт) являются наиболее распространенным и дешевым сырьем. Однако эти поро­ ды имеют повышенное содержание иесгоревшего угля и нуждают­ ся в тщательном отборе и обогащении.

Старые и полностью перегоревшие шахтные терриконы часто содержат горелые породы высокого качества.

Наиболее ценным сырьем являются природные горелые поро­

в Восточной Сибири, Поволжье. Эти породы можно считать само­ стоятельным видом минерального сырья для промышленности строительных материалов.

Горелые породы можно рассматривать как естественную состав­ ную часть цемента, заготовленного природой в огромном количе­ стве. Тонкоразмолотые и смешанные с известью и другими активизаторами, они являются своеобразным бесклинкерным вяжущим.

Первоначально промышленное использование горелых пород заключалось в обработке их на бегунах мокрого помола совместно с активизирующими добавками — известью, портландцементом. Этот способ известен под названием «пробуждение».

В настоящее время горелые породы ряда угольных бассейнов стали широко применять в качестве заполнителей бетонов, кото­ рые после автоклавной обработки приобретают прочность до 300ІО5 н/м2. Автоклавная обработка бетонов с заполнителями из горелых пород дала возможность изготовлять из них крупные блоки, панели. Заполнители из горелых пород применяют в асфальтобетонах.

Горелые породы с активными основными доменными шлаками дают высококачественные вяжущие. Активные горелые породы успешно применяют в качестве гидравлической добавки к порт­ ландцементу.

Особое место в производстве изделий из горелых пород зани­ мают крепежные бетониты — блоки разной величины и веса осо­ бой формы, применяющиеся в угольной промышленности для креп­ ления горных подземных выработок. Добавка (15—30%) тонко­ молотой горелой породы обеспечивает бетону солестойкость при воздействии сульфатных вод.

Для изготовления плотных мелкозернистых бетонов сейчас вместо песка используют дробленые горелые породы. Бетонные изделия повышенной стойкости к коррозии готовят, вводя в состав бетона крупные заполнители из горелых пород и пропаривая изде­ лия в автоклавах.

Особенность горелых пород —высокая микропористость как следствие появления микрощелей при самообжиге и достаточно высокая адсорбционная активность, поэтому они являются хоро­ шими наполнителями для асфальтового вяжущего и различных мастик.

При добыче каменного угля на поверхность поднимается боль­ шое количество так называемой шахтной породы. На большинстве шахт такой породой является глинистый сланец.

Глинистые сланцы представляют собой плотную слоистую темно-серую породу; плотность 2,8-ІО3 кг/м3, объемная масса (в куске) (2,5 -ь2,7)103 кг/м3.

Глинистые сланцы могут служить сырьем для производства легких вспученных строительных материалов, минерального по­ рошка. Особенно хорошо вспучиваются сланцы, содержащие от 7 до 15% углистых частиц. Свежедобытую шахтную породу, содер­ жащую до 30% углистых частиц, используют для производства легкого заполнителя — аглопорита.

Минеральный порошок получают в результате помола горелых пород. Этот материал применяется как компонент противовзрывных композиций для угольных шахт и как наполнитель при изго­ товлении асфальтобетонов. Горелые породы применяются при строительстве оснований автомобильных дорог III и IV категории.

§ 16. Золы и шлаки

На тепловых электростанциях (ТЭС, ГРЭС) сжигаются различные виды многозольного топлива — антрацитовые штыбы, смешанные угли, бурые угли, горючие сланцы, торф.

Врезультате сжигания твердого топлива получаются минераль­ ные остатки — золы и шлаки.

Восновном топливные остатки в виде золошлаковой смеси поступают в отвалы гидротранспортом по трубам. Однако на ряде ТЭС организован сухой отбор золы и раздельно шлака. Топливные остатки состоят в основном из окислов кремнезема, глинозема, кальция, магния и несгоревших или ококсованных частиц топлива.

в том случае, если золы сухие и разделены на фракции — тонкодисперсную пылевидную часть с удельной поверхностью 2800— 3500 см2/г и более грубую с зерном до 5 мм. При таких условиях частично получают готовую строительную продукцию и ценное тех­ нологическое сырье.

При делении золы на фракции можно получить 50% тонкой малоуглистой фракции и столько же крупной (песчанистой), со­ держащей повышенное количество углистых частиц. Тонкая фрак­ ция является готовым компонентом, заменяющим вяжущее, сырь­ ем для получения легкого зольного гравия, силикатного кирпича, ячеистых бетонов. Крупная фракция с избыточным содержанием топлива может быть рационально использована в производстве эффективного кирпича, в качестве сырья для аглопоритового гра­ вия, золокерамзита и др.

Шлаки используются в качестве материала для изготовления щебня, сырья для минеральной ваты либо как компонент (в мо­ лотом виде) для легких заполнителей.

Актуальность проблемы утилизации золы и шлака ТЭС отмече­ на постановлениями Совета Министров СССР и Совета Минист­ ров УССР.

IV.

КЕРАМИЧЕСКИЕ

ИДРУГИЕ ОБЖИГОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

§17. Общие сведения

промышленность обжиговых строительных материалов в СССР,

^основным процессом изготовления которых является обжиг, представлена широкой номенклатурой материалов и изделий. К ним относятся материалы, из которых изготовляют штучные изделия — кирпич, керамические камни различного назначения, черепицу, трубы, отделочные фасадные материалы, интерьерные и парковые материалы, санитарно-технические, кислотоупорные, электроизоля­ ционные, огнеупорные, изделия для отопительных приборов, а так­ же заполнители и утеплители (керамзит, аглопорит, вспученные перлит и вермикулит) и др.

Керамика является одним из древнейших строительных мате­ риалов. На территории Советского Союза обжиговые материалы были известны еще за 2—3 тыс. лет до н. э.

Особенно большое влияние на развитие производства строи­ тельной керамики оказало изобретение ленточного кирпичедела-