Главная страница
Сведения об авторах

Нерудные строительные материалы из техногенного сырья

Буравчук Н. И., Гурьянова О. В., Окороков Е. П., Павлова Л. Н., Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики им. И. И. Воровича Южного федерального университета, Ростов-на-Дону, Россия

Восполнить дефицит природного минерального сырья в Ростовской области можно за счет отходов добычи и сжигания углей, в частности горелых шахтных пород (ГШП) отвалов. ГШП представлены осадочными породами, претерпевшими изменения при термическом воздействии, химическом и физическом выветривании. Их химический состав приведен в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав ГШП 

Ввиду нестабильности качества использование ГШП невозможно без глубокой предварительной переработки путем многостадийного дробления, при котором происходит усреднение, обогащение пород и получается кондиционная продукция — нерудные строительные материалы (щебень, щебеночно-песчаные смеси и песок из отсевов дробления пород). В табл. 2 приведены физико-механические свойства щебня из ГШП.

Таблица 2

Физико-механические свойства заполнителей из ГШП 

В отличие от обычного щебня заполнители из ГШП практически не содержат глинистых и илистых примесей и при той же прочности имеют меньшую насыпную массу. Шероховатость поверхности частиц щебня и зерен отсевов дробления способствует хорошему сцеплению с цементным камнем и органическими вяжущими.

Сложилось мнение, что поверхность кислых кремнийсодержащих минеральных материалов (к ним относятся и ГШП) инертна по отношению к компонентам битума, т. е. у такой поверхности нет качественного сцепления с битумом. Однако специфика происхождения отразилась на состоянии и поверхностных свойствах ГШП, а именно на концентрации активных поверхностных центров, где происходят процессы адсорбции компонентов органических вяжущих. Опытно-промышленными испытаниями заполнителей асфальтобетона подтверждено, что сцепление битума с поверхностью кислых кремнийсодержащих частиц ГШП, по существующей классификации, отличное.

Испытанные по утвержденным методикам щебень, щебеночные смеси и песок из отсевов дробления, изготовленные в лабораторных условиях из ГШП исследуемого отвала, имеют технические характеристики, соответствующие требованиям, предъявляемым действующими нормативными документами к аналогичной продукции из природного сырья. Технические условия ТУ 5711-002-02070105-2002, ТУ 5711-003-02070105-2007 детализируют требования к нерудным строительным материалам из ГШП.

Получаемый щебень и отсевы дробления рекомендуется использовать при общестроительных работах всех видов (в бетонах различного назначения, при строительстве новых, ремонте и реконструкции действующих дорог). Заполнители из ГШП можно применять при устройстве гидротехнических сооружений, дамб, насыпей, противофильтрационных завес, для закладки вы­работанного пространства, засыпки горящих отвалов, при строительстве автомобильных стоянок, спортивных сооружений (стадионов, теннисных кортов), благоустройстве территорий и т. п.

Массовое использование подобных материалов сдерживается в основном их необычностью и психологической неподготовленностью потребителя. Однако практика применения щебеночных смесей из ГШП расширяется, и они постепенно завоевывают рынок.

Другой источник пополнения сырьевой базы нерудных строительных материалов — сталеплавильные шлаки (СШ). В Ростовской области эти отходы образуются на новом электроме­таллургическом заводе. Необходимость защиты окружающей среды от загрязнения и трудности с обеспечением металлургических комбинатов железорудным сырьем требуют решения вопросов переработки СШ.

Химический состав СШ комбината представлен в табл. 3.

Таблица 3

Компоненты СШ

По химическому составу сталеплавильные шлаки комбината основные: соотношение СаО/SiO₂ составляет 1,33—2,22.

Минералогический состав СШ — преимущественно гидроксиды железа, гидроферриты кальция и глинозема, силикаты кальция. Перерабатывают СШ на дробильно-сортировочных установках с получением заполнителей различных фракций и металла. В табл. 4 приведены физико-механические свойства щебня из СШ.

Таблица 4

Физико-механические свойства заполнителей из СШ

Щебень из СШ используют при строительстве железных и автомобильных дорог, аэродромов. СШ текущего производства имеют неустойчивую структуру. Их можно применять после предварительной выдержки в отвалах или термодробления.

СШ содержат значительное количество шлакового стекла и минералов, свойственных пор­тландцементу. Согласно прочности на сжатие образцов, изготовленных из тонкомолотого материала, СШ относят к активным и высокоактивным. Это свойство позволяет рассматривать СШ как сырье для получения вяжущих веществ при производстве строительных материалов и асфальтобетона. Некоторые продукты переработки могут служить минеральными удобрениями.

Основную массу СШ в виде щебня можно использовать в дорожном строительстве и про­изводстве бетона, а отсевы дробления с размером зерен 0-10 мм — как мелкозернистый заполнитель.

Широкое применение заполнителей из ГШП и СШ в промышленности позволит пополнить сырьевую базу, снизить затраты на добычу горной массы и рекультивацию карьеров, уменьшить негативное воздействие отходов на окружающую среду.