Использование известняков месторождений Республики Бурятия в строительных материалах

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 Билю-тинское 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. %
	SiO 2	Al 2 O 3	Fe 2 O 3	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 CaO+MgO, %	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

Содержание оксидов, мас. %
SiO 2	Al 2 O 3	Fe 2 O 3	CaO	MgO
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-перлитовых, 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.