Существующий опыт использования меловых отложений, с одной стороны, определил возможности получения довольно качественных материалов (воздушной извести, дисперсного мела для красок и подкормки птиц и др.), а с другой – выборочная разработка месторождений привела к накоплению значительных по объему меловых отвалов, которые легко размываются дождем, загрязняя плодородные земли и водоемы, что приводит к нарушению экологического равновесия в природе.
На основании анализа литературных данных была установлена перспективность использования мягкого мела для производства не только воздушной извести, но и других строительных материалов для кладки стен: пеноблоков, гиперпрессованного кирпича из мела и др. Значительное разнообразие в номенклатуре производимых строительных материалов предопределяет возможности не только безотходной разработки мягкого мела в карьерах, но и изготовление недорогих стеновых строительных материалов из местного легкодобываемого сырья.
Состав мела для гиперпрессованного кирпича
Мел, благодаря своей химической чистоте, является эффективным заменителем известняка. Практически любая разновидность добытого в карьере мела может быть использована в производстве прессованного кирпича.
Минералогический и химический состав мела достаточно разнообразны. Небольшое содержание примесей, особенно глинистых, существенно меняет его физико-механические свойства. Мягкий мел легко диспергируется в водной среде. Он отличается большой пористостью, низкой плотностью, высоким водопоглощением и невысокой прочностью (от 1 до 5 МПа, а с ростом глинистой составляющей – до 15 МПа). Водонасыщение мела существенно снижает его прочностные свойства, а морозостойкостью мягкий мел не обладает вовсе. Однако, благодаря своей высокой химической активности, мел и мелоподобные горные породы в тонкодисперсном состоянии вступают во взаимодействие с цементными новообразованиями. Особенно активно эти процессы протекают в условиях всестороннего обжатия, что позволило сделать вывод о возможности получения достаточно прочных цементно- меловых композиций (ЦМК) в процессе прессования.
Технология производства кирпича из мела
Для изготовления кирпича из мела на цементном вяжущем было предложено использовать технологию гиперпрессования, суть которой заключается в одностадийном кратковременном приложении высокого усилия. Такой метод формования малозатратен, так как позволяет отказаться от дорогостоящей опалубки и тепловой обработки. Отформованные изделия можно сразу же пакетировать и транспортировать к месту вызревания.
При использовании легкоразмокаемого и влагоемкого мела для производства водостойких и долговечных гиперпрессованных кирпичей предложено применять современные методы модифицирования структуры сырья, в том числе введение химических добавок. Было установлено, что для получения качественных прессованных кирпичей из мела лучше использовать гидрофобные химические добавки, которые способны проявлять положительную роль в формировании структуры и улучшения свойств цементно минеральных изделий.
В опытах был использован мел категории (А). В качестве вяжущего был использован бездобавочный портландцемент марки ПЦ500Д0.
Для повышения физико-механических характеристик гиперпрессованных кирпичей применялся суперпластификатор С-3. Эксплуатационные свойства определяли на образцах – цилиндрах диаметром и высотой 5 см.
Для формования образцов использовался метод жесткого прессования при удельном давлении 10 - 40 МПа. Подготовка мела заключалась в его дроблении с отсевом фракций менее 5 мм.
Подготовку формовочной смеси осуществляли ручным перетиранием, с последующим прессованием. Твердение отформованных образцов проходило в нормальных условиях, а их испытания проводились по методикам нормативных документов.
Испытания проводили на составах цемент и мел в соотношении 1/4 при водосодержании формовочной смеси 8% от массы сухих компонентов, что соответствует оптимальной плотности свежеформованного композита.
Важную роль в структурообразовании прессованных цементно меловых кирпичей играет режим их уплотнения. Современные гидравлические пресса способны создавать в формовочной смеси удельное давление прессования до 25 МПа в течение 3 - 4 с. Такое воздействие на смесь требует довольно точного регулирования зернового состава заполнителя, чтобы обеспечить достаточную интенсивность удаления вовлеченного воздуха. Поэтому и водосодержание формовочной смеси должно быть таким, чтобы отжимаемая из пленок вода не закупоривала капиллярные поры и не затрудняла удаление воздуха из системы. Таким образом, регулирование зернового состава формовочной смеси и удельного давления прессования являются основными рецептурно-технологическими факторами, определяющими качество цементно-меловых композитов. В опытах с кирпичами из мела уже при давлении 25 МПа достигалась практически максимальная их плотность, а рост давления прессования до 40 МПа оказался малоэффективным.
Окрашивание пигментами прессованного кирпича из мела
Известно, что мягкий мел и мелоподобные горные породы имеют светлые тона. Поскольку в цементно меловых составах они составляют большую часть, то представляло интерес оценить возможность получения цветные композиции.
С точки зрения экологии, пигменты для окрашивания гиперпрессованного кирпича не должны содержать ионов тяжелых металлов, быть устойчивыми к свету и щелочам, легко диспергироваться в воде и иметь устойчивые цветовые характеристики. В ходе экспериментов по оценке условий распределения пигментов лучшие результаты были получены, когда пигменты в производстве гиперпрессованного кирпича сперва равномерно смешивали с мелом, затем добавляли цемент и наконец, воду затворения.
В ходе проведенных исследований была установлена возможность получения гиперпрессованных кирпичей с прочностью на сжатие М150.
