Известняк

Материал из СТ-Бетон
Перейти к: навигация, поиск

Известняк — осадочная горная порода, состоящая преимущественно из кальцита CaCO₃ (реже из арагонита), широко используемая в строительстве в качестве сырья для производства портландцемента, щебня известнякового и минеральных добавок для бетонов и строительных растворов. Наиболее частыми примесями в известняке являются доломит, кварц, глинистые минералы, окислы и гидроокислы железа и марганца, а также пирит, марказит, фосфаты, гипс и органическое вещество. Химический состав чистых известняков приближается к теоретическому составу кальцита (56% CaO и 44% CO₂)[1].

Актуальность применения известняка в технологии бетона обусловлена несколькими факторами: во-первых, известняк является основным сырьевым компонентом для производства цементного клинкера, составляя до 75–80% сырьевой смеси; во-вторых, тонкомолотый известняк (известняковая мука) применяется в качестве активной или инертной минеральной добавки, позволяющей снижать расход цемента и улучшать технологические свойства бетонных смесей; в-третьих, щебень известняковый используется в качестве крупного заполнителя для тяжёлых и лёгких бетонов[2].

Состав и физико-механические свойства

При содержании в известняке MgO от 4 до 17% их называют доломитизированными известняками. При возрастании содержания магния известняки через ряд промежуточных разновидностей переходят в доломиты. Известняки, содержащие от 25 до 50% глинистых частиц, называются мергелями. Существуют также переходные образования между известняками и песчаниками. Природный мел также представляет собой известняк, состоящий на 96–99% из CaCO₃[1].

Характер и степень зернистости известняка различны; иногда в известняках наблюдается хорошо выраженная слоистость. По структурным признакам известняки разделяются на кристаллические, органогенные, обломочные и со смешанной структурой. Чистые известняки — белого или светло-серого цвета, примеси органических веществ окрашивают его в чёрный и тёмно-серый цвета, а окислы железа — в жёлтый, коричневый и красный.

Основные физико-механические характеристики известняка, используемого в строительстве, варьируются в широких пределах в зависимости от его минералогического состава и структуры. Средняя плотность известняка составляет 2000–2800 кг/м³, водопоглощение — 0,5–5,0%, пористость — 1–15%, прочность на сжатие — 10–100 МПа. Морозостойкость известняка, применяемого в качестве крупного заполнителя для бетонов, должна составлять не менее F50–F100 согласно требованиям ГОСТ 8267[3].

Происхождение и залегание

По происхождению различают: органогенные известняки, образующиеся за счёт накопления органических остатков (ракушечники, шламовые и рифовые известняки); хемогенные известняки, возникающие в результате осаждения кальцита из растворов; обломочные известняки, образующиеся за счёт накопления обломков — продуктов разрушения более древних известняков. Большинство известняков формировалось в мелководных морских бассейнах путём накопления органических остатков, при одновременном химическом осаждении кальцита, реже — в водоёмах суши[1].

Известняки залегают в виде пластов, мощностью несколько сотен, а иногда и тысяч метров. Залежи известняков встречаются среди отложений всех геологических систем — от докембрийских до антропогеновых. Изменение известняка под влиянием процессов метаморфизма приводит к образованию мрамора. Переходные разности называются мраморизованными известняками.

Применение в строительстве

Известняки используются в чёрной металлургии (в качестве флюса), в промышленности вяжущих стройматериалов — для изготовления портландцемента, в химической промышленности — при производстве соды, карбида кальция, минеральных удобрений и др.; в стекольной промышленности для придания стеклу термической стойкости, механической прочности и устойчивости против воздействия химических реагентов и выветривания. Кроме того, известняки используются в жилищном, дорожном и промышленном строительстве (бут, щебень, камень для кладки стен, облицовочный и декоративный камень и т. п.)[1].

Производство портландцемента

Известняк является основным сырьевым компонентом для производства цементного клинкера, составляя до 75–80% сырьевой смеси. При обжиге известняка в сочетании с глинистыми компонентами при температуре 1450 °C образуются основные клинкерные минералы: алит (C₃S), белит (C₂S), трёхкальциевый алюминат (C₃A) и четырёхкальциевый алюмоферрит (C₄AF)[2].

В современных европейских стандартах (EN 197-1) и российском ГОСТ 31108-2020 допускается введение добавок известняка в цемент в количестве до 35% по массе. В частности, выпускаются цементы типов ЦЕМ II/А-И (содержание известняка 6–20%) и ЦЕМ II/В-И (содержание известняка 21–35%)[2]. Однако исследования школы В.В. Тимашева показали, что применение добавки известняка в дозировке до 5% положительно влияет на фазовый состав цементного камня, а увеличение её содержания до 10% переводит добавку в разряд инертной, которая может только дополнительно стабилизировать эттрингит. Введение известняка в цемент свыше 10% начинает существенно влиять на фазовый состав гидратов, модуль упругости и коэффициент Пуассона бетона, поэтому применять его в таких дозировках следует только после дополнительных испытаний конкретного состава бетона для заданных условий[2].

Добавка известняка в количестве 5–10% в цементе, взаимодействуя с алюминатами, образует вместо эттрингита четырёхкальциевый монокарбонатный гидроалюминат. Это приводит к ускорению гидратации цемента и снижению количества вводимого в цемент гипса. Дальнейшее увеличение в цементе количества известняка в лучшем случае переводит его в разряд наполнителя, а увеличение его количества до 35%, принятое современным ГОСТ 31108-2020, не только малоэффективно, но и вредно при производстве ответственных и долговечных изделий из бетона, так как уменьшение количества связующего в нём в первую очередь снижает его технические характеристики и долговечность[2].

Щебень известняковый

Щебень известняковый применяется в качестве крупного заполнителя для тяжёлых и лёгких бетонов, а также для устройства оснований дорожных и аэродромных покрытий. Основные требования к качеству известнякового щебня регламентируются ГОСТ 8267-93, согласно которому щебень должен удовлетворять требованиям по прочности на сжатие, морозостойкости, содержанию пылевидных и глинистых частиц, зёрен слабых пород и пластинчатой (лещадной) формы[3].

Известняковый щебень, как правило, имеет меньшую прочность по сравнению с гранитным щебнем, однако его применение экономически целесообразно при строительстве зданий и сооружений, не подвергающихся воздействию высоких нагрузок и агрессивных сред. Основными преимуществами известнякового щебня являются его доступность, низкая стоимость и хорошая адгезия к цементному камню.

Однако при использовании известнякового щебня в бетонах, подвергающихся воздействию агрессивных сред (кислотных вод, сульфатных растворов), необходимо учитывать его низкую химическую стойкость, обусловленную высокой растворимостью кальцита в кислотах. В таких случаях рекомендуется применять щебень из более стойких горных пород (гранит, базальт, диабаз)[3].

Известняковая мука как минеральная добавка

Известняковая мука — тонкодисперсный продукт помола известняка с удельной поверхностью 300–850 м²/кг, применяемый в качестве активной или инертной минеральной добавки для бетонов и строительных растворов. Эффективность действия известняковой муки зависит от её тонкости помола, химического состава и дисперсности[2].

При введении известняковой муки в состав бетонной смеси происходит улучшение реологических свойств смеси за счёт эффекта «минерального пластификатора». Тонкодисперсные частицы известняка заполняют межзерновые пустоты между зёрнами крупного заполнителя и частицами цемента, повышая плотность упаковки и снижая водопотребность смеси. Это позволяет снижать водоцементное отношение при сохранении заданной удобоукладываемости, что положительно сказывается на прочности и долговечности бетона[4].

Исследования показали, что оптимальная дозировка известняковой муки составляет 10–15% от массы цемента при удельной поверхности 600–850 м²/кг. При таких дозировках удаётся повысить прочность бетона на сжатие на 5–10% и снизить водонепроницаемость на 10–15% по сравнению с бездобавочными составами. Дальнейшее увеличение дозировки известняковой муки свыше 20% приводит к снижению прочностных характеристик и повышению хрупкости материала[2].

В самоуплотняющихся бетонах (СУБ) известняковая мука применяется в составе комплексных модификаторов совместно с микрокремнезёмом, кварцевым порошком и тонкоизмельчённым доменным шлаком. Применение таких комплексных модификаторов позволяет получать СУБ классов по прочности на сжатие В65–В75 с плотностью до 2380 кг/м³, обладающих высокой морозостойкостью и долговечностью[4].

Известняковая мука также применяется в качестве альтернативы более дорогим минеральным добавкам (микрокремнезёму, золе-уносу, метакаолину) при производстве экономичных бетонов для массового строительства. Однако необходимо учитывать, что известняковая мука не обладает пуццолановой активностью и не способна связывать портландит, образующийся при гидратации цемента, что ограничивает её применение в высокопрочных и высококачественных бетонах[2].

Нормативные документы

Применение известняка и продуктов его переработки в строительстве регламентируется следующими нормативными документами:

Российские стандарты

  • ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия»
  • ГОСТ 8269.0-2025 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Методы испытаний»
  • ГОСТ 31108-2020 «Цементы общестроительные. Технические условия»

Международные стандарты

  • EN 197-1 «Cement: Composition, specifications and conformity criteria for common cements» (Европа)
  • ASTM C595 «Standard Specification for Blended Hydraulic Cements» (США)
  • ASTM C150 «Standard Specification for Portland Cement» (США)

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Швецов М. С. Петрография осадочных пород. 3-е изд. М.: Недра, 1958. 416 с.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 Крамар Л.Я., Мордовцева М.В., Шулдяков К.В. Влияние известняка в цементе на структуру и модуль упругости тяжёлого бетона // Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». 2024. Т. 24, № 1. С. 40–49.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов, 1994. 24 с.
  4. ↑ 4,0 4,1 Муртазаев С-А.Ю., Саламанова М.Ш., Куразов М.С. и др. Разработка составов высокопрочных самоуплотняющихся бетонов на основе комплексных модификаторов // Устойчивое развитие науки и образования. 2017. № 11. С. 102–108.


Литература

  • Швецов М. С. Петрография осадочных пород. 3-е изд. М.: Недра, 1958. 416 с.
  • Виноградов С. С. Известняки. М.: Госгеолтехиздат, 1961. 184 с.
  • Крамар Л.Я., Мордовцева М.В., Шулдяков К.В. Влияние известняка в цементе на структуру и модуль упругости тяжёлого бетона // Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». 2024. Т. 24, № 1. С. 40–49.
  • Муртазаев С-А.Ю., Саламанова М.Ш., Куразов М.С. и др. Разработка составов высокопрочных самоуплотняющихся бетонов на основе комплексных модификаторов // Устойчивое развитие науки и образования. 2017. № 11. С. 102–108.
  • Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Изд-во АСВ, 2002. 500 с. ISBN 5-93093-138-0
  • Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. М.: Технопроект, 1998. 768 с.
  • Рамачандран В.С., Фельдман Р.Ф., Коллепарди М. Добавки в бетон. Справочное пособие. М.: Стройиздат, 1988. 575 с. ISBN 5-274-00208-0
  • Тейлор Х. Химия цемента. М.: Мир, 1996. 560 с. ISBN 5-03-002731-9
Источник — «https://stroytechnolog.ru/wiki/index.php?title=Известняк&oldid=4079»