3.2. Ленточные глины как сырье для производства искусственных лёгких заполнителей бетона

С переходом на крупноблочное и крупнопанельное строительство остро встал вопрос о производстве разнообразных лёгких бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Производство легкобетонных изделий базируется на использовании естественных и искусственных лёгких заполнителей. К естественным лёгким заполнителям относятся пемза или туф, искусственными обычно служат отходы производства (шлак) или специально вспученные материалы.

В Беларуси нет залежей естественных лёгких заполнителей. Запасы и текущий выход обычных топливных шлаков также не могут обеспечить предполагаемого развития легкобетонного строительства, поэтому настоятельно выдвигается вопрос об организации специального производства, которое могло бы из малоценного и повсеместно распространенного сырья вырабатывать лёгкие пористые заполнители в массовом количестве при невысокой себестоимости. Таким сырьем в условиях Беларуси могут служить глины и суглинки.

Наиболее эффективные искусственные лёгкие заполнители из глинистого сырья — керамзит и аглопорит. Керамзит получают вспучиванием пластичных глин во вращающихся печах. Аглопорит — продукт спекания глин или суглинков (часто не пригодных для кирпича) на агломерационных установках.

Применение метода агломерации позволяет получить аглопорит из всех исследованных глин и суглинков. Так как при производстве аглопорита предъявляются невысокие требования к сырью, то для этих целей вполне могут быть использованы широко распространенные на территории Беларуси ленточные глины. Однако в ленточных глинах с высоким содержанием карбонатов последние могут препятствовать получению аглопорита установленным технологическим процессом и потребуется либо изоляция в основном крупных карбонатных включений («дутиков»), либо изменение технологического процесса.

Значительно более сложным является вопрос о возможности использования ленточных глин белорусских месторождений для производства керамзита. Керамзит — это пористый материал ячеистого строения, полученный ускоренным обжигом легкоплавких глин при температурах их вспучивания. Как материал минерального происхождения, прошедший термическую обработку при температуре 1050-1300°С, он не содержит вредных для цемента примесей, огнестоек, атмосфероустойчив и благодаря высокоразвитой системе пор (чаще всего полузакрытых) обладает высокими звуко- и теплоизоляционными свойствами. Используя керамзит, получают лёгкие бетоны с объемным весом 700—1800 кг/м³.

Для производства керамзита используются легко вспучивающиеся глины. Минералогическое изучение показало, что глинистое вещество хорошо вспучивающихся глин и глинистых пород представлено в основном гидрослюдой нередко с примесью бейделлита и монтмориллонита. Глины и глинистые породы, пригодные для производства керамзитового гравия, должны удовлетворять следующим условиям:

1) Они должны быть однородными и не содержать каменистых и особенно известковых включений.

2) Температура плавления их должна быть ниже 1400°, а интервал между температурами плавления и вспучивания не менее 50°, желательно 100°.

3) При кратковременном обжиге в температурном интервале 1150-1250° они должны вспучиваться до объемного веса 0,3-0,8 г/см³.

4) Содержание кремнезема должно находиться в пределах 50-65 %.

5) Железо (в пересчете на окись железа) должно составлять 5-8 %, а щелочи в пересчете на окись калия —2,5-4,5 %.

6) Содержание окиси кальция не должно превышать 5 %, а желательно не более 3 %. В повышенных количествах она снижает температуру плавления и уменьшает интервал между температурами плавления и спекания. При содержании окиси кальция более 10 % глины вовсе не вспучиваются.

7) Органические вещества должны содержаться в количестве 0,5-2 %; они способствуют восстановлению окисных соединений железа в закисные. При большем содержании органических веществ получается малопрочный и термически неустойчивый керамзитовый гравий.

8) Содержание сернокислых и сернистых соединений в пересчете на SO₃ не должно превышать 3 %.

Температура вспучивания у различных глин неодинаковая и колеблется в пределах 1100-1350°. Это объясняется тем, что при достаточном размягчении глинистой массы возникает газовая фаза, выделение которой обусловливает вспучивание. Какие газы или пары при этом образуются, еще точно не установлено.

При изучении пригодности белорусских глин для производства керамзита, было отмечено, что необходимо искать сравнительно малозапесоченное сырье, так как по мере добавления песка к глинам объемный вес и механическая прочность керамзитового гравия увеличиваются, а прочность уменьшается; понижается интенсивность вспучивания, корочка образцов становится более плотной, количество и размеры пор понижаются. Исходя из этих свойств, предлагается проводить механическую очистку глин от излишнего количества песка путем отмучивания. Так как отмучивание является дорогостоящим процессом в лабораторных условиях, считается более рациональным вести его прямо в карьере, а добычу сырья проводить гидромониторным способом.

Вещественный состав ленточных глин месторождения, расположенного в районе Витебска и используемого для производства керамзита, характеризуется следующими данными. Гранулометрические анализы валовых проб месторождения Журжево показали абсолютное преобладание в разрезе ленточных глин тонкой глинистой фракции (0,005 мм) — 50-80 %. Соотношение между SiО₂ и А1₂О₃ составляет 2,05-2,48. Эти данные свидетельствуют о преобладании в разрезе глин данного месторождения глинистых лент над алевритовыми. Среднее содержание Fe₂О₃ в валовой пробе составляет 7,62 %; СаО — 5,05 %; MgO—2,95 %; SiО₂—46,58 %; А1₂О₃ – 21,9 %.

Детальное изучение состава глинистых и алевритовых лент показало, что одни компоненты (А1₂О₃, Fe₂О₃, MgO, К₂О) концентрируются главным образом в тонкодисперсной фракции (<0,001 мм), тогда как количество SiО₂ и СаО увеличивается по мере укрупнения размерности фракций. Такими же примерно особенностями строения разреза и состава обладают ленточные глины и ряда других месторождений Поозерья: Восстановитель, Дутчино, Тупичино, Болойки, Мартиново, Оболь II, Громы, Голбея, Лозовка, Ровнянка, Карашкевичи,. Яновичи, Цагельня. (Суражский район), Курьинский кирпичный завод, Бережки, Броварище, Крутуха и Кустиха [3]. Ленточные глины этих месторождений могут быть рекомендованы в качестве сырья для производства керамзита и аглопорита.