Строительный комплекс — один из межотраслевых хозяйственных комплексов, который представляет собой совокупность отраслей материального производства и проектно-изыскательских работ, обеспечивающих воспроизводство основных фондов. Строительный комплекс осуществляет весь цикл работ по созданию строительных объектов — от проектирования до ввода их в действие с необходимыми для этого строительной базой и производством специальных видов материальных ресурсов.
В состав строительного комплекса входят строительство (строительное производство), промышленность строительных материалов (включая производство строительного стекла и санитарно-технического оборудования), промышленность строительных конструкций (сборный железобетон, конструкции из металла и дерева).
Строительство, или строительная индустрия, — крупная отрасль экономики, которая наряду с машиностроением обеспечивает создание и ускоренное обновление основных фондов. На его долю приходится свыше 70% стоимости продукции и численности занятых, до 50% стоимости основных фондов строительного комплекса.
Строительство обладает специфическими особенностями, отличающими его от других отраслей материального производства. Продукция строительства неподвижна и территориально закреплена. В связи с этим после завершения работ на одном объекте орудия труда и рабочие перемещаются на другой объект. Для строительства характерны относительно большая продолжительность производственного цикла, значительное многообразие возводимых зданий, сооружений и объектов различного производственного и социального назначения, существенное влияние на производственный процесс географических, в частности климатических, условий.
Основу строительства как отрасли экономики составляют подрядные строительно-монтажные организации. В строительстве занято более 5 млн. работников и действует свыше 131 тыс. строительных организаций. Развитие и углубление специализации строительного производства, последовательная его индустриализация приводят к разделению строительства на подотрасли и формированию соответствующих организационно обособленных систем подрядного строительства (транспортное, трубопроводное, сельскохозяйственное, водохозяйственное, энергетическое строительство).
Размещение строительства на территории каждого района России определяется уровнем его экономической освоенности и отраслевой структурой капитальных вложений, сложившейся системой населенных пунктов и особенностями осваиваемых природных ресурсов.
Капитальное строительство характеризуется высокими темпами роста в последние годы. В 2007 г. в отраслях экономики РФ освоено 3293 млрд. руб. (135% к уровню 1990 г.). С 2000 г. произошло многократное увеличение объемов работ, выполненных по виду экономической деятельности “Строительство”, и больше всего в Центральной России, на Северо-Западе и Северном Кавказе, несколько медленнее развивается эта отрасль в неэкспортных субъектах Федерации Сибири и на Дальнем Востоке. В 2007 г. введено в действие жилых домов общей площадью 61,0 млн. м2. При этом резко снизилась доля государственного строительства, а, например, в регионах Северного Кавказа до 100% жилья построено на средства граждан.
В промышленности строительных материалов объем добычи сырья в 2007 г. составил 55% к уровню 1990 г. Наиболее значительно сократилось производство конструкций и изделий из сборного железобетона (37% к уровню 1990 г.), менее значителен спад в производстве кирпича (54%) и цемента (72%), значительно превысило уровень 1990 г. производство линолеума и керамической плитки.
Строительный комплекс России представляет собой развитую систему строительных производств, дифференцированных по отраслям, подотраслям и отдельным предприятиям. К основным отраслям комплекса относят: цементную промышленность, промышленность асбестоцементных изделий, промышленность мягких кровельных и гидроизоляционных материалов, промышленность сборных железобетонных и бетонных конструкций и изделий, промышленность стеновых материалов, производство строительного кирпича и керамической черепицы, промышленность строительной керамики, промышленность нерудных строительных материалов, щербня, гравия, строительного песка, промышленость теплоизоляционных материалов, асбестовую промышленность и др.
Региональные различия в условиях развития строительства и его материально-технической базы определяются:
- перспективами развития производительных сил в районе (темпами роста капитальных вложений, их территориальной и отраслевой структурой, формированием новых производственных комплексов и т.д.), планами развития городов и других населенных пунктов, намечаемыми темпами улучшения обеспеченности населения жильем и объектами культурно-бытового назначения;
- особенностями района в транспортном отношении и возможностью расширения путей сообщения и транспортно-экономических связей;
- природно-климатическими условиями (расчетными температурами и влажностью воздуха, сейсмичностью, рельефом, сырьевой базой для производства строительных материалов);
- демографической характеристикой района (численностью и плотностью населения, обеспеченностью трудовыми ресурсами);
- состоянием мощностей строительно-монтажных организаций, предприятий и хозяйств материально-технической базы строительства.
Наиболее обеспечены сырьем для выработки строительных материалов Центральный, Северо-Кавказский, Уральский, Поволжский, Западно-Сибирский, Волго-Вятский, Северо-Западный, Дальневосточный районы. Однако на территории многих районов важнейшие месторождения сырья часто не совпадают с центрами его массового потребления. Это обусловило необходимость дальних массовых перевозок дешевой и в целом малотранспортабельной продукции отрасли.
Размещение строительного комплекса отличается крайней неравномерностью, обусловленное экономической освоенностью территории страны. Высокоразвитым строительным комплексом отличаются Центр, Северный Кавказ, Урал, Поволжье, Центральное Черноземье и Волго-Вятский район, слабым уровнем развития — Сибирь и Дальний Восток, что связано с суровыми климатическими условиями, удаленностью от центральных районов и недостаточной транспортной оснащенностью.
Цементная промышленность отличается высоким уровнем производственной концентрации. Заводы мощностью более 1 млн. т в год выпускают около половины всей продукции. Самые крупные предприятия расположены в Центральном Черноземье (Белгород, Старый Оскол), Поволжье (Вольск, Михайловка, Жигулевск) и Сибири (Новокузнецк, Красноярск).
Для получения цемента используются разные виды сырья — известняки, мел, мергели, отходы доменного и глиноземного производства. Запасы их имеются практически во всех районах страны. В настоящее время цемент вырабатывается во всех экономических районах, а его размещение в значительной степени совпадает с территориальной организацией строительно-монтажных работ. Оптимальными условиями для развития цементной промышленности обладают районы, где месторождения известняков и глины (или мергелей) сочетаются с источниками минерального топлива или находятся на путях его транспортировки.
Основные мощности по производству цемента сосредоточены в Центральном (Подольск, Воскресенск, Фокино), Центрально-Черноземном (Белгород и Старый Оскол), Северо-Кавказском (Новороссийск), Уральском (Сухой Лог, Горнозаводск, Нижний Тагил, Магнитогорск, Еманжелинск) и Поволжском (Вольск) районах.
Промышленность сборного железобетона — относительно новая отрасль строительной индустрии, которая возникла и развивается в районах и центрах сосредоточения строительства, а ее продукция широко используется в современном жилищном и гражданском строительстве (для фундаментов и подземных частей зданий в виде фундаментных плит, блоков, свай и панелей); для конструкций каскадов в виде колонн одноэтажных и многоэтажных зданий, балок, покрытий; для наружной облицовки зданий и оград в виде архитектурных деталей и элементов оград. В транспортном строительстве сборный железобетон получил распространение в виде плит, покрытий дорог и аэродромов, элементов мостовых конструкций и т. д. Кроме того, сборный железобетон необходим в строительстве метрополитена и тоннелей, в гидротехническом и сельскохозяйственном строительстве, в строительстве общего назначения.
Производство железобетонных изделий делится на основные (изготовление сборных железобетонных изделий — производство арматурных сеток, производство бетона и раствора, формование изделий, обработка изделий) и вспомогательные (материальное обслуживание производства) операции, которые тесно связаны друг с другом, но имеют некоторые организационные особенности.
Большой расход дешевых заполнителей бетона и высокое потребление относительно некрупной металлической арматуры и цемента предопределяют экономическую нецелесообразность дальних перевозок, как правило, массивных железобетонных изделий. Крупнейшими производителями сборного железобетона являются Центр (Московский регион — около 1/5), Поволжье (Татария), Северо-Запад и Урал, которые дают 2/3 продукции отрасли.
Стекольная промышленность по особенностям размещения отличается от других отраслей индустрии строительных материалов. Она в значительно большей степени привязана к месторождениям чистого кварцевого песка, зависит от поставки ряда химикатов, требует большого количества топлива, а транспортабельность ее готовой продукции значительно меньше, чем в других отраслях промышленности стройматериалов. Структура стекольной промышленности включает производство листового (оконного), полированного, столового стекла, стекла для стекловолокна.
Стекольная промышленность отличается сравнительно высокой территориальной концентрацией производства. Ведущим районом в России является Центральный (Гусь-Хрустальный, Брянск), где производится почти половина стекла в стране. Предприятия Поволжья и Северо-Запада обеспечивают около четверти выработки продукции отрасли. В то же время многие районы, например Волго-Вятский, испытывают дефицит в изделиях стекольной промышленности.
Среди других крупных предприятий по выпуску строительных материалов в России выделяются Хабаровский картонно-рубероидный завод; линолеум выпускает Отрадненский комбинат “Полимерстройматериалы” в Самарской области; теплоизоляционные материалы — Калининский комбинат “Теплоизолит” в Тверской области.
строительный материал промышленность
На развитие и размещение отраслей промышленности строительных материалов, в общем, оказывают влияние следующие факторы:
- · природно-климатические условия;
- · наличие собственной сырьевой базы;
- · профессиональный уровень занятых в промышленности строительных материалов;
- · объёмы инвестиций, направляемых на развитие отрасли;
- · экологический фактор;
- · научно-технический прогресс (НТП) и степень его внедрения;
- · наличие в регионе собственной строительной базы и мощностей;
- · уровень экономического развития и технической оснащённости региона.
Рассмотрим наиболее важные факторы, влияющие на развитие и размещение отраслей промышленности строительных материалов.
Сложившаяся география производства «повторяет», с одной стороны, размещение освоенных источников природного сырья, о чём пойдёт речь далее, с другой - размещение капитального строительства.
Промышленность строительных материалов опирается на весьма распространённую сырьевую базу, границы которой всё долее расширяются под влиянием технического прогресса и вовлечения в оборот новых ресурсов минерально-строительного сырья. При этом, однако, надо учитывать следующие обстоятельства.
Во-первых, обращает на себя внимание сильная дифференциация условий развития производства: разные районы страны отличаются один от другого как по количеству, так и по составу сырьевых ресурсов. Отдельные виды минерально-строительного сырья распространены на территории России далеко не в одинаковой мере. Если, например, кирпичные глины, известковое сырьё или заполнители для бетона встречаются почти повсеместно, то ресурсы цементного сырья более ограничены; ещё меньшим распространением обладают огнеупорные глины, стекольные пески, гипсы и мел, а такой материал, как асбест, представлен лишь единичными месторождениями. В то же время любое минерально-строительное сырьё характеризуется неравномерным размещением. Показательно, что огромная по площади Западно-Сибирская низменность, в разных частях которой ведётся крупное индустриальное строительство, практически лишена сырья для производства цемента и других вяжущих материалов, бутового камня и щебня.
Внутри страны наблюдаются территориальные различия по степени обеспеченности промышленности тем или иным минерально-строительным сырьём. Однако каждый район имеет своеобразное сочетание сырьевых ресурсов, определённый комплекс полезных ископаемых, являясь избыточным по одним видам сырья и дефицитным по другим, что находит отражение в специализации и масштабах производства строительных материалов.
Во-вторых, рост производственной концентрации, сопровождающийся увеличением мощности предприятий, как бы ограничивает круг возможных для вовлечения в эксплуатацию ресурсов, заставляя ориентироваться на соответствующие по размерам все более крупные источники минерально-строительного сырья.
Н размещение промышленности строительных материалов оказывает существенное влияние наличие сырья. Зависимость производства от сырьевых баз объясняется, прежде всего, большим объёмным весом и крайне низкой транспортабельностью минерально-строительного сырья. Так, перевозка песка или гравия автомашинами на расстояние 50 км обходится в 10 раз дороже по сравнению с их добычей. Благодаря относительно легким условиям разработки и высокому содержанию компонентов минерально-строительное сырьё отличается дешевизной и, как правило, не требует предварительного обогащения. Но удельные расходы его на единицу готовой продукции довольно велики. Например, для получения 1 т цементного клинкера надо потратить от 1,5 до 2,5 т известняка и глины, 1 т извести - 2 т известняка, 1 т керамических труб - до 1,5 т глины и т.д. В некоторых случаях помимо количества крайне важную роль играет качество сырья. В частности, цементное производство нуждается в известняках и глинах определённых кондиций (с минимальным содержанием окиси магния в одних и окиси кремния в других). При этом источники известняков и глин должны быть территориально совмещены.
Наконец, то обстоятельство, что сырьё составляет значительную часть себестоимости строительных материалов и что образующиеся при его использовании отходы не утилизируются, лишний раз подтверждает тяготение производства к сырьевым базам.
С другой стороны, размещение промышленности строительных материалов во многом зависит от потребительского фактора. При массовости и повсеместности использования сами по себе строительные материалы обладают сравнительной дешевизной и большим объёмным весом, а вследствие этого низкой транспортабельностью. Многие из них (железобетонные изделия и конструкции, вяжущие материалы, кирпич) даже менее транспортабельны, нежели исходное сырьё. К примеру, затраты по перевозке железобетонных изделий на расстояние 100 км составляют 25-40% их стоимости. Стремление к сокращению транспортных расходов заставляет приближать производство строительных материалов непосредственно к местам потребления, то есть к объектам строительства.
Распространённость сырьевых ресурсов, дешевизна и грузоёмкость сырья и готовой продукции, массовость и повсеместность их использования обусловливают главную экономико-географическую особенность промышленности строительных материалов - одновременное тяготение производства к сырью и потребителю.
По отношению к источникам сырья и местам потребления готовой продукции предприятия промышленности строительных материалов делят на три типа. Одни из них заняты добычей, а также предварительной обработкой сырья и территориально приурочены к определённым природным ресурсам. Другие изготовляют материалы (цемент, гипс, известь и другие), которые затем подвергаются дальнейшей обработке. Эти предприятия включают полный цикл производства - от сырья до готовой продукции - и, как правило связаны с сырьевыми базами. Третий тип - предприятия, выпускающие готовые изделия из материалов, прошедших предварительную обработку. Они подразделяются в свою очередь на предприятия с полным производственным циклом, которые в основном тяготеют к сырью (стекло, кирпич и другие), и на предприятия, работающие на привозных полуфабрикатах, с размещением в местах потребления (бетон, железобетонные изделия и конструкции и другие).
Как отрасль, обслуживающая строительство, промышленность строительных материалов служит звеном любого производственно-территориального комплекса. Разрыв между производством и потреблением строительных материалов приводит к нарушению принципа достижения наивысшей производительности общественного труда при минимальных его затратах. Поэтому комплексное развитие экономических районов страны немыслимо без создания местных баз строительных материалов. Обеспечение строительства необходимыми материалами на месте - момент, ускоряющий развитие производительных сил.
Роль отдельных производств в территориальном разделении труда различна. В этом отношении промышленность строительных материалов представлена двумя группами.
К первой группе принадлежат производства, которые дают сравнительно транспортабельную продукцию, потребляемую в относительно небольших по весу количествах - цемент, гипс, известь, стекло, асбестоцементные изделия и другие. Они пользуются сырьём, которое ограничено в распространении. Предприятий этой группы не так много, но каждое из них обслуживает часто потребителей разных районов.
Вторую группу образуют производства, выпускающие наиболее массовую и нетранспортабельную продукцию - песок, гравий, щебень, стеновые материалы, железобетонные изделия и конструкции и другие. В этой группе насчитывается большое число предприятий, которые используют широко распространённое сырьё и обслуживают в основном местных потребителей.
Также, в зависимости от назначения и характера обслуживания могут проектироваться следующие типы предприятий по производству строительных материалов:
- · межрайонные (обслуживающие два и более экономических районов) - заводы по производству цемента строительного и технического, стекла строительной керамики, санитарно-технического оборудования и другие;
- · районные (обслуживающие район в целом или его отдельные части) - заводы по производству железобетонных изделий массового применения, лёгких заполнителей и другие;
- · местные (обеспечивающие потребности узла сосредоточенного строительства) - полигоны по производству малотранспортабельных, крупногабаритных изделий, передвижные мобильные предприятия и другие;
- · опорно-тыловые базы - предприятия, обеспечивающие районы нового освоения и расположенные в каком-либо пункте освоенного района.
С точки зрения факторов размещения отраслей промышленности строительных материалов, можно выделить следующие отрасли:
- · отрасли преимущественно сырьевой ориентации - производство цемента, строительного кирпича и керамической черепицы, производство керамики, керамических труб, асбестоцементных и шиферных изделий, производство стекла, гипса, извести, нерудных строительных материалов (гравий, щебень, и другие.), то есть это отрасли, где велики удельные расходы сырья на единицу готовой продукции
- · отрасли преимущественно потребительской ориентации - производство бетона, железобетонных изделий и конструкций, мягкой кровли, теплоизоляционных материалов, стеновых материалов и другие, то есть это отрасли, где продукция обладает сравнительной дешевизной и большим объёмным весом, а вследствие этого - низкой транспортабельностью.
В связи с этим, можно выделить особенности, свойственные промышленности строительных материалов:
- · большая материало-, топливо-, энерго-, грузо- и трудоёмкость выпускаемой продукции;
- · расположение большинства предприятий в зоне потребления продукции;
- · широкие межотраслевые и внутриотраслевые связи по кооперации производства;
- · необходимость удовлетворения потребностей в своей продукции по регионам всей страны.
Однако, особенности промышленности строительных материалов, приведённые выше отличаются от особенностей строительного комплекса.
Особенности строительного комплекса:
- · наличие собственной материально-технической базы;
- · целевая направленность на обеспечение целостности комплекса, кооперирования и специализации труда;
- · комплексность и сбалансированность развития;
- · маневренность отдельных звеньев от характера строительной продукции;
- · обособление отраслей внутри строительного комплекса и усиление взаимозависимости.
Научной основой развития и размещения производства строительных материалов и конструкций по регионам страны служат региональные комплексные программы НТП, то есть отраслевые схемы развития материально-технической базы строительства. Перечень строительных материалов, включаемых в комплексные программы таков:
- · сборные железобетонные и бетонные изделия;
- · детали крупнопанельного и объёмноблочного домостроения;
- · стальные конструкции, конструкции и изделия из алюминия и алюминиевых сплавов;
- · деревянные конструкции и столярные изделия;
- · асбестоцементные конструкции и изделия;
- · стеновые блоки и строительный кирпич;
- · нерудные материалы и пористые заполнители;
- · известь, гипс, сухая гипсовая штукатурка и другие местные вяжущие материалы;
- · теплоизоляционные материалы;
- · монтажные заготовки, узлы и детали;
- · товарный бетон, строительный раствор, асфальтобетон;
- · товарная арматура, закладные детали
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Природные строительные материалы и сырьё для их производства
Общая характеристика природных строительных материалов, их технологические свойства, области применения, промышленно-генетические типы месторождений, ресурсная база.
Группа природных строительных материалов включает в себя пески и песчаники, песчано-гравийные смеси, глины, карбонатные породы, гипсы и ангидриты, строительные камни.
1. Пески, песчаники и песчано-гравийные смеси
Пески - мелкообломочные горные породы моно- или полиминерального состава с размерами частиц 0,1 -1,0 мм. Песчаники- это сцементированные пески, цемент может быть кварцевым, карбонатным, железистым, глинистым др. Гравий - обломочный материал с размерами обломков 1-10мм. Песчано-гравийные смеси содержат не менее 10% гравийных фракций и не менее 5% песчаных.
Основные промышленно-генетические типы месторождений.
1. Аллювиальный: древний - погребенных долин и террас (Киятское - Татарстан, Березовское - Красноярский край); современный - пойменные и русловые (Бурцевское - Нижнегородская обл., Усть-Камское - Татарстан);
2. Морской и озерный червертичного возраста (Егановское, Люберецкое - Московская обл.; Сестрорецкое - Ленинградская обл.).
3. Флювиогляциальные (Струги - Красные - Псковская обл.) 4.Эоловый - дюны и барханы (Сосновское - Чувашия; Матакинское - Татарстан);
Применение песков и гравия в народном хозяйстве основывается на различных физических свойствах этих обломочных пород. Более 96% добываемых песка и гравия потребляется в строительстве, менее 5% приходится на долю особо чистых кварцевых песков, используемых в стекольной, керамической, металлургической промышленности, а также в производстве ферросилиция, карбида кремния и т. п.
Важнейшее значение для стекольных, керамических, формовочных и прочих чистых кварцевых песков имеет химический состав. Содержание кремнезёма в них должно превышать 90%.. Высокое содержание кремнезема -- необходимое условие и для песков, используемых в производстве ферросилиция, карбида кремния, жидкого стекла и т. д., а также для абразивных и фильтровальных песков, для формовочных песков, используемых в литейном производстве, для производства силикатного кирпича.
Более 60% месторождений кварцевых песков расположено в Европейской части России.Эксплуатируются крупные месторождения Егановское и Люберецкое в Московской, Ташлинское в Ульяновской, Балашейское в Самарской, Миллеровское в Ростовской, Тулунское в Иркутской областях и др.
Производят кварцевое сырье, кроме стран СНГ, Австрия, Бельгия, Саудовская Аравия, Австралия, импортируют -- ФРГ, Швеция, Япония.
Мировое потребление кварцевых песков составляет порядка 100-120 млн в год. На долю стран СНГ приходится (млн т) около 36, США -- 28, ФРГ -- 10-14, Франции ~6, Англии -4, Бельгии и Бразилии -- по 3-4, Австрии и Австралии -- по 2.
В России в 1996 г. добыто стекольных и формовочных песков более 6 млн т, в том числе около 1,5 млн т стекольных. В других странах СНГ объем добычи тех же песков составил около 60% от российской добычи.
Полимиктовые строительные пески и песчано-гравийные смеси связаны в основном с ледниковыми отложениями в Центральной и Северо-Западной части России, а также на равнинах юга Европейской части, в Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке, где широко развиты аллювиальные, эоловые и морские отложения.
Месторождения песчано-гравийного сырья имеют широкое, хотя и не повсеместное распространение. В России учтено 1269 месторождений с запасами по сумме промышленных категорий почти 10 млрд м. Разрабатывают около 600 месторождений с годовой добычей 130-190 млн м 3 .
В северном регионе европейской части России запасы сырья составляют 32% от общероссийских, добыча 36%. На Северо-Кавказский регион приходится около 15% запасов и добычи сырья. В Уральском регионе сосредоточено 17% запасов, добыча составляет 32%. Всего в европейской части России добывают более 80% сырья.
Песчаники - это уплотненные сцементированные, метаморфизованные пески, прочностные свойства которых зависят от состава цемента и характера цементации. В состав цемента могут входить глинистые минералы, карбонаты, кремнезём, окислы железа, фосфаты и т.д.
Применяются в строительном деле в качестве стенового камня, бута, щебня и брусчатки, для получения точильных камней.
Генезис песчаников осадочный, (Черемшанское месторождение в Бурятии, Шокшинское - в Карелии, в Донбассе).
Глины - это тонкодисперсные горные породы, состоящие преимущественно из слоистых алюмосиликатов и обладающие пластичностью. В зависимости от преобладания какого-либо компонента глины подразделяются на аллофановые, каолинитовые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые, палыгорскитовые.
Особенности вещественного состава предопределяют важнейшие технологические свойства глин:
1. Пластичность- способность при смешивании с ограниченным количеством воды давать тесто, принимающее под давлением любую форму и сохраняющее её при сушке. Пластичность обусловлена минеральным составом, степенью дисперсности и свойственна монтмориллонитовым глинам, меньшая - каолинитовым.
2. Набухание - свойство глин увеличиваться в объеме при поглощении воды. Наибольшим набуханием обладают монтмориллонитовые, наименьшим - каолинитовые.
3. Усадка - уменьшение объема при высыхании.
4. Спекаемость - способность при обжиге спекаться в камнеподобное твердое тело - черепок.
5. Огнеупорность - способность черепка выдерживать высокие температуры без размягчения и плавления. Глины делятся на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие, Наиболее огнеупорны- каолины, легкоплавкие - монтмориллонитовые и бейделлитовые глины.
6. Вспучивание при обжиге - увеличение объема и уменьшение плотности глинистого материала.
7. Адсорбционные (поглотительные) свойства - способность поглощать и удерживать на своей поверхности ионы и молекулы различных веществ.
8. Водоупорность
9. Относительная химическая инертность.
Выделяется 4 наиболее важные промышленные группы:
К строительным и грубокерамическим относятся легкоплавкие, в меньшей степени тугоплавкие глины. Применяются в обожженном виде для производства строительной (кирпич, черепица) и грубой керамики: клинкерного кирпича, дренажных труб, метлахской плитки, глиняной посуды, при ускоренном обжиге - для получения керамзита и аглопорита. В необожжённом виде -как строительный, связующий, водонепроницаемый (при возведении плотин) материал.
Огнеупорные и тугоплавкие глины применяются для внутренней облицовки доменных печей, для производства кислотоупорных изделий, тонкой керамики, как формовочный материал в литейном деле.
Каолины и каолинитовые глины относятся к высокоогнеупорным и используются для производства тонкой керамики. Это фарфоровые и фаянсовые изделия, предметы санитарно-технического и медицинского оборудования, бытовая и химическая посуда. В качестве наполнителя - в бумажной, химической, стекольной, парфюмерной промышленности.
Бентониты - тонкодисперсные глины с высокой связующей способностью, адсорбционной и каталитической активностью. Они применяются для изготовления промывочных жидкостей (в т.ч. буровых растворов), производства железорудных окатышей, получения керамзита, в качестве адсорбентов в нефтеперерабатывающей, пищевой (очистка вин, соков), текстильной промышленности, в сельском хозяйстве.
1. Остаточные месторождения кор выветривания: каолинитовые, бентонитовые, гидрослюдистые (Урал, Украина).
2. Осадочные - морские, лагунные, озёрные и речные (Борщевское - Россия, Черкасское - Украина), ледниковые (Псковская, Новгородская, Ленинградская области), эоловые (юг России и Украины).
3. Вулканогенно-осадочные- в водных бассейнах образуются бентониты (Гумбри- Грузия, Огланлинское - Туркмения).
4. Гидротермальные - бентониты, каолины (Сарыгюхское - Армения, Асканское - Грузия, Гусевское - Приморье Россия).
5. Метаморфизованный тип месторождений - аргиллиты (Биклянское - Россия, Черкасское - Украина).
Мировые разведанные ресурсы бентонитовых глин оцениваются в 2000млн.т., в т.ч. в США -800 млн.т. Мировая добыча в 2000 году составила 9,3 млн.т., из них на долю США приходится 3,8 млн.т., Греции- 0,95 млн. т., Германии, Турции, Италии -по 0,5 млн.т. В России произведено всего 0,37млн.т., что не обеспечивает внутренних потребностей, и означает полную зависимость от импорта, особенно в щелочных бентонитах. Около 70% запасов высококачественных бентонитов бывшего СССР остались за пределами России (на Кавказе и в Средгей Азии).
Мировая добыча каолина в 2000 году составила 39,8 млн.т.,из них в США- 9,45 млн.т.,Чехии -2,9 млн.т., Великобретании -2,3млн.т., Ю.Корее -2,2 млн.т.В России - 0,04млн.т., этого крайне недостаточно и Россия зависит от импорта, в частности с Украины и Казахстана.
3.Карбонатные породы
строительный карбонатный порода камень
Карбонатные породы составляют около 20% осадочных отложений земной коры и представлены следующими разновидностями.
Известняки - осадочные породы, состоящие в основном из кальцита (СаСО 3) с примесью доломита (Ca, Mg(CO 3) 2), песчаных и глинистых частиц. При содержании доломита 20-50% -доломитовый известняк.
Известняки-ракушечники состоят из обломков раковин, сцементированных карбонатным или глинисто-карбонатным цементом - легкие пористые породы.
Мел - порода состоящая на 60-70% из мельчайших остатков скелетных образований планктонных организмов и на 30-40% из тонкозернистого порошкообразного кальцита.
Мергели - тонкозернистые осадочные горные породы, переходные от известняков и доломитов к глинистым породам и содержащие 50-70% кальцита или доломита или их смесь и 20-50% глинисто-песчаного материала.
Доломиты - карбонатные осадочные породы, состоящие (не менее чем на 90%) из минерала доломита (Са, Мg (СО 3) 2).
Мраморы и мраморизованные известняки - карбонатные породы, претерпевшие перекристаллизацию в результате регионального или контактового метаморфизма.
Основные отрасли и объемы потребления карбонатных пород следующие (в %): производство строительного и облицовочного камня -- 60, цементная промышленность -- 20, металлургическая-- 10, известковая -- 5, огнеупорная -- 2, сельское хозяйство-- 1, остальные -- 2.
Для производства строительных и облицовочных камней используются известняки, доломиты, мраморы, отличающиеся декоративностью и хорошей полируемостью, высокими физико-механическими свойствами -- твердостью, прочностью. Из карбонатных пород получают бутовый камень, щебень, крошку, штучные и облицовочные камни. Только на нужды гражданского, промышленного и дорожного строительства ежегодно расходуется около 220 млн. т карбонатных пород.
В цементной промышленности широко используются известняки, мел, мергели или их смеси с определенными соотношениями AI2O3, Si0 2 , Fe 2 0 3 и СаО. Кондиционными считаются маломагнезиальные карбонатные породы, содержащие не менее 40 % СаО и не более 3,5 % MgO.
Из карбонатных пород изготавливают портландцементы, глиноземистый цемент и многие другие виды вяжущих веществ. Сырьем для производства портландцемента служат различные карбонатные породы, среди которых преобладающую роль играют известняки, мел и мергели. Особую ценность имеют мергели-натуралы. Портландцементы применяются для изготовления бетонов.
В металлургической промышленности чистые карбонатные породы служат главным образом флюсами. Они переводят в шлак пустые породы и вредные примеси.. Значительное количество доломитов используется как сырье для получения магния и огнеупорного материала в металлургии.
Известковая промышленность для производства гидравлической, воздушной, медленногасящейся и других видов строительной извести потребляет в основном известняки и мел.
Чистые известняки применяются в химической промышленности для производства соды, карбида кальция, едких калия и натрия, хлора и др. В пищевой- используются для очистки сахара. В сельском хозяйстве используются мягкие известняки и мел для известкования подзолистых почв. Значительное количество карбонатного сырья применяется в стекольной, бумажной, лакокрасочной, резиновой и других отраслях промышленности.
Промышленно-генетические типы месторождений:
1. Осадочные - морские представлены известняками доломитами, мергелями и мелом. По условиям образования различаются биогенные, хемогенные и смешанные. Промышленные месторождения известняков - на значительной части Восточно-Европейской и Сибирской платформ, на Урале, в Кузбассе, на Алтае, Красноярском крае, на Кавказе, в Ростовской области (Жирновское месторождение); доломитов - на Урале (Сухоререченское) в Енисейском кряже, хребте Малый Хинган; мела - Вольская группа (Саратовская обл.); мергелей - Новороссийская группа месторождений;
2. Метаморфизованные - мраморы и мраморизованные известняки (Белогорское в Карелии; Кибик -Кордонское в Саянах).
Мировое потребление карбонатного сырья более 5млрд.т. в год. Наиболее крупными потребителями являются США, Россия, Япония.
Ресурсы карбонатных пород России огромны, Распределены они на территории крайне неравномерно. Около 50% запасов сосредоточено в европейской части.Наименее обеспеченные районы - Карелия и Мурманская область, а также Тюменская, Омская, Камчатская и Калининградская области.
4. Гипс (CaSO 4 2H 2 O) и ангидрит (CaSO 4)
Гипс и ангидрит наиболее распространены среди соленосных образований и сходны между собой. Гипс представляет собой слоистую или массивную породу зернистого строения белого цвета. Кристаллы гипса прозрачны, зернистые агрегаты окрашены примесями в разные цвета; тонкозернистый просвечивающий агрегат - алебастр; тонковолокнистый - селенит. Невысокая твердость, легко поддаётся обработке.
При прокаливании гипс теряет кристаллизационную воду. При t = 100-180 ° С переходят в полугидрат (CaSO 4 · 0,5H 2 O); при t = 200-220 ° С - искусственный ангидрит, растворимый в воде; при t = 800-1000 ° С - эстрих-гипс, при t = 1600 ° С - в жженую известь СаО.
Ангидрит от гипса отличается большими плотностью и прочностью и обладает значительно худшими вяжущими свойствами.
Основное свойство гипса, определяющее его промышленное использование, это способность терять при нагревании кристаллизационную воду и давать при затворении водой пластичную массу, постепенно твердеющую на воздухе и превращающуюся в прочный искусственный камень.
Из гипсовых вяжущих наиболее широко применяется строительный гипс для штукатурных и отделочных работ, изготовления строительных конструкций. Для получения строительного гипса природный гипс дробят и размалывают, а затем обжигают во вращающихся или шахтных печах при 130--180°С в течение 1,5--2 часов. При обработке природного гипса насыщенным паром под давлением получают высокопрочный полуводный гипс -- вяжущее вещество с малыми сроками схватывания и твердения, обладающее повышенной механической прочностью используемое как формовочный и медицинский гипс. Первый употребляется для изготовления рабочих форм в фарфоро-фаянсовом и керамическом производстве, для литья металлов и сплавов, выполнения различных скульптурных работ; второй применяется в хирургии и зубоврачебном деле. Эстрих-гипс медленно соединяется с водой и становится вяжущим веществом, применяемым для изготовления плиточных и бесшовных полов, строительных растворов, подоконников и ступеней, искусственного мрамора и др. Гипс широко используется при производстве различных цементов. Гипсошлаковый цемент. успешно применяется при строительстве подземных и подводных сооружений, подвергающихся действию выщелачивания и сульфатной агрессии.
При производстве гипсовых вяжущих веществ и в качестве добавок к цементам потребляется более 90 % всего добываемого гипса и ангидрита. В небольшом количестве гипс и ангидрит используется в качестве облицовочного и поделочного камня, флюса при плавке окисленных никелевых руд, в химической промышленности, сельском хозяйстве и при изготовлении бумаги.
Образуются гипс и ангидрит в осолонённых бассейнах на начальных стадиях осаждения солей.
Промышленно-генетические типы месторождений:
1. Осадочные: сингенетические - осаждение из растворов (Новомосковское в Тульской обл., Псковской обл., Каменомостское - Северный Кавказ - Россия, Приднестровские месторождения - Украина); эпигенетические - при гидратации ангидрита (Заларинское в Иркутской обл., в Донбассе, Звозское в Архангельской обл.);
2. «Гипсовые шляпы» - остаточные продукты растворения каменной соли (Бриневское месторождение - Белоруссия):
3. Инфильтрационные - при растворении и переотложении рассеянного в породах гипса (Северный Кавказ, Средняя Азия, Казахстан).
В мире разведаны большие запасы гипса -- порядка 7 млрд т, в том числе в Европе более 5, в США -- около 1, Канаде -- 0,5 млрд т.
Ведущими экспортерами гипса и ангидрита являются Канада, Таиланд, Испания. Основные импортеры -- США и Япония.
Разведанные запасы гипса, ангидрита и гипсоносных пород имеются во всех странах СНГ за исключением Беларуси; 75% запасов сосредоточены в России,.
Запасы гипса и ангидрита в России размещены неравномерно: 95% их находится в европейской части и лишь 5% -- в азиатской. Большая часть гипсового сырья России (58%) находится в Центральном районе, где расположены крупнейшие из разведанных и разрабатываемых месторождений.
Из общей добычи гипсоангидритовых пород в странах СНГ 59% приходится на Россию,
5. Природные строительные и отделочные камни
Строительные камни представляют обширную группу нерудных полезных ископаемых, занимающих по объемам потребления одно из первых мест в строительном производстве. Являясь инертными материалами, они включают пильные (стеновые) и облицовочные камни и наряду с песками и песчано-гравийными смесями составляют главный комплекс природных строительных материалов, используемых в естественном состоянии без применения термохимической обработки.
Природными строительными камнями являются магматические, метаморфические и осадочные горные породы различного состава В большинстве случаев минеральный состав горных пород не имеет существенного значения, определяющими являются физико-механические свойства пород. В наибольших количествах используются карбонатные породы, граниты и сходные с ними горные породы. Реже используют габброиды, базальтоиды, песчаники.
Инертные строительные материалы, получаемые при переработке строительных камней используют в качестве заполнителей тяжелых бетонов.
Применение в качестве строительных камней зависит от их физических и технологических свойств. Наиболее важными являются прочность и долговечность, зависящие от минерального состава породы, структурно-текстурных особенностей, трещиноватости, пористости и др. Наиболее стойкими породами являются: кварциты, граниты, сиениты, диориты. Карбонатные породы - известняки, доломиты и мраморы, несмотря на относительно невысокое сопротивление истиранию, характеризуются прочностью на сжатие и применяются для внутренней и наружной отделки зданий. Мелкозернистые породы обычно более прочны, чем крупнозернистые. Для оценки пригодности породы в качестве строительного камня проводится комплекс специальных лабораторных испытаний, включающий определение объемной массы, плотности, пористости, водопоглощения, морозоустойчивости, прочности на сжатие, растяжение, изгиб, абразивной истираемости, вязкости и др. В зависимости от применения дополнительно изучают обрабатываемость, вязкость, огнеупорность, полируемость, устойчивость окраски и др.
Строительные камни применяются в следующем виде:
Бутовый камень (бут)- камень неправильной формы размером 140 мм, используется для кладки фундаментов, при возведении массивных сооружений (плотин, дамб и др.).
Штучные камни - изделия правильной геометрической формы с обработанными поверхностями, используются как бордюрные камни, брусчатка для дорожных покрытий, архитектурно-отделочные детали, ступени, цокольные и облицовочные изделия, валы и жернова - промышленные изделия.
Пильные камни - блоки стандартного размера вырезаются дисковыми фрезами непосредственно в массиве горной породы и используются в качестве стенового материала.
Щебень -наиболее массовый продукт, используемый в качестве заполнителя бетона и асфальто-бетона, для отсыпки железнодорожных путей и автомобильных дорог.
Природные облицовочные камни представляют специфическую группу строительных материалов, промышленная ценность которых определяется прежде всего их декоративными свойствами. Наряду с этим важным свойством облицовочных камней является механическая прочность, способность принимать различные виды обработки поверхности и сопротивляемость атмосферным воздействиям -- погодоустойчивость.
В качестве облицовочных камней используются горные породы различного происхождения: интрузивные -- граниты, сиениты, диориты, габбро-нориты, лабрадориты; эффузивные -- базальты, диабазы, андезиты, порфиры, порфириты, вулканические туфы; метаморфические -- мраморы, кварциты; осадочные -- известняки, доломиты, травертины, гипсы, песчаники, конгломераты и брекчии. Наиболее широко используются граниты и мраморы.
В России крупным районом добычи магматических и метаморфических пород высокого качества является Балтийский щит (Кольский полуостров, Карелия): граниты разных расцветок и рисунков используемые в качестве облицовочного и монументального камня. Другим крупным районом является Урал: граниты, габбро, яшмы, мраморы. Многочисленные месторождения магматических и метаморфических пород известны на Алтае, Саянах, Забайкалье, Приморском крае (граниты, базальты, габбро-диабазы, туфы). Значительными запасами различных строительных камней обладают также Украина, Казахстан, Армения.
Европейская часть и Западная Сибирь располагают многочисленными месторождениями осадочных карбонатных пород, песчаников, конгломератов
На территории России учтено более 1000 месторождений строительных камней с запасами по промышленным категориям порядка 20 млрд м 3. . Разрабатывается более 500 месторождений. Ежегодно добывают около 100 млн м 3 строительных камней.
Запасы пильных известняков в России составляют примерно 110 млн м 3 . В год их добывают более 100 тыс. м 3 .
Ведущей страной мира в области производства и применения облицовочных материалов и изделий является Италия, которая значительную часть мрамора экспортирует в разные страны. Месторождения редких сортов мраморов находятся в Бельгии и Франции. Высокодекоративный гранит добывается в Швеции, Испании, Бразилии.
В России учтено 146 месторождений облицовочных камней с запасами по промышленным категориям 536 млн м. Из них разрабатывается около 40 месторождений с годовым объемом добычи 500-600 тыс.м 3 . В остальных странах СНГ учтено около 300 месторождений с запасами около 900 млн м 3 . На 165 разрабатываемых месторождениях добывают 3,5 млн м облицовочных камней ежегодно.
Литература
1.Агафонов Г.В., Волкова Е.Д. и др. «Топливно-энергетический комплекс России: Современные состояние и взгляд в будущее». Новосибирск, Наука, Сибирская издательская фирма РАН, 1999 г., 312стр.
2.Ерёмин Н.И. Неметаллические полезные ископаемые: Учебник - М.Изд-во МГУ. 1991.-284 с.
3. Карякин А.Е., Строна П.А. и др. Промышленные типы месторождений неметаллических полезных ископаемых. М. Недра. 1985.
4. Татаринов И. К., Карякин А.Е. и др. Курс месторождений твердых полезных ископаемых Л. Недра, 1975.
5.Яковлев П.Д. Промышленные типы рудных месторождений. М. «Недра», 1986. Учебное пособие. 358с.
Дополнительная
1 Ваганов В.И., Варламов В.А. Алмазы России: минерально-сырьевая база, проблемы, перспективы.// Минеральные ресурсы России. Экономика и управление - 1995- № 1.
2. Байбаков Н.К., Праведников Н.К., Старосельский В.И. и др. Вчера, сегодня и завтра нефтяной и газовой промышленности России. -М.: Изд-во ИГиРГИ, 1995.
3. Беневольский Б.И., Сырьевая база золота России на пути развития-проблемы и перспективы. Минеральные ресурсы России, журнал, 2006г.,№2, с.8-16.
4. Бутова М.Н., Зубцов И.Б. Проблемы развития сырьевой базы и производства индия // Минеральные ресурсы России. -- 199 с.
5. Гольд Г.С. Минерально-сырьевые ресурсы: Социальный вызов времени. -М.: Профсоюзы и экономика, 2001.-407 с.
6. Дворников В.А. Экономическая безопасность. Теория и реальность угроз. -- М.: Недра, 2000.
7. Зайденварг В.Е., Новитный A.M., Твердохлебов В.Ф. Уголь¬ная сырьевая база России: состояние и перспективы развития // Уголь. -- 1999. -- № 9.
8. Кавчик Б.К. Добыча россыпного золота в ХХI в.. Минеральные ресурсы России, журнал,2007г.,№2, с.43-49.
9. Козловский Е.А. Минерально-сырьевые проблемы России накануне ХХI века, М., МГГУ, 1999 г., 402 с.
10. КозловскийЕ.А. Россия: минерально-сырьевая политика и национальная безопасность.- М. Изд-во МГГУ 2002. 856 с.
11. Козловский Е.А., Щадов М.И. Минерально-сырьевые проблемы национальной безопасности России. -- М.: Изд-во МГГУ, 1997.
12. Кочетков А.Я. ,Кузьмин А.В., Василивецкий А.А., Иностранные золотодобывающие компании в России. Минеральные ресурсы России, журнал, 2007г.,№2, с.50-57.
13. Кочетков А.Я. Смена лидера среди золотодобывающих регионов России, Минеральные ресурсы России, журнал,2004г.,№4, с.65-71.
14. Кривцов A.И, Беневольский Б.Л., Минаков В.М. На¬циональная минерально-сырьевая безопасность (введение в про¬блему). -- М.: ЦНИГРИ, 2000.
15. Кривцов А.И. Минерально-сырьевая база на рубеже веков - ретроспектива и прогнозы. Изд. 2-е, дополненное. - М.: ЗАО "Геоинформмарк". 1999. - 144 с.
16. Кузьмин А.В. Российская золотодобывающая промышленность-процессы консолидации. Минеральные ресурсы России, журнал,2004г.,№4, с.58-64.
17. Лаверов Н.П., Конторович А.Э. Топливно-энергетические ресурсы и выход России из кризиса. Ж. Экономические стратегии.- 1999. №2.
18. Лаверов Н.П., Трубецкой К.И. Горные науки в системе наук о Земле // Вестник РАН. Т. 66. -- 1996. -- № 5.
19. Лазарев В.Н О воспроизводстве ми¬нерально-сырьевой базы цветных и леги¬рующих металлов // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. - 2001. -№ 3. - С. 52-60
20. Лазарев В.Н. О долгосрочном прогнозе развития сырьевой базы меди. №2, Минеральные ресурсы России. 2007г. с.6-12
21. Машковцев Г.А. Запасы и производство урана: состояние и перспективы // Руды и металлы. --2001. --№ 1. 256
22.Мельников Н.Н., Бусырев В.Н. Концепция ресурсосбалансированного освоения минерально-сырьевой базы. //Минеральные ресурсы России. Экономика и управление - 2005-№ 2 -с.58-63.
23. Минеральные ресурсы мира. - М.: ИАЦ "Минерал", 2004.
24. Минеральные ресурсы мира. Хроника текущих событий.// МПР России. ИАЦ «Минерал» - М., 2002
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Строительные камни - обширная группа нерудных полезных ископаемых, их применение в строительном производстве. Основные виды строительных камней. Долговечность горных пород. Генетические типы промышленных месторождений. Природные облицовочные камни.
реферат , добавлен 13.07.2014
Общие сведения о строительных материалах, их основные свойства и классификация. Классификация и основные виды природных каменных материалов. Минеральные вяжущие вещества. Стекло и стеклянные изделия. Технологическая схема производства керамической плитки.
реферат , добавлен 07.09.2011
Свойства, состав, технология производства базальта. Устройство для выработки непрерывного волокна из термопластичного материала. Описание и формула изобретения, характеристика продукции. Виды строительных материалов. Применение базальта в строительстве.
реферат , добавлен 20.09.2013
Свойства дорожно-строительных материалов. Способы формования керамических изделий. Природные каменные материалы. Сырье, свойства и применение низкообжигового строительного гипса. Основные процессы, необходимые для получения портландцементного клинкера.
контрольная работа , добавлен 18.05.2010
Виды санитарно-технической керамики. Сырьё, технология ее изготовления. История возникновения и производства стекла. Свойства акустических материалов и применение их в строительстве. Основные свойства строительных растворов. Физические свойства древесины.
контрольная работа , добавлен 12.09.2012
Свойства строительных материалов, области их применения. Искусство изготовления изделий из глины. Классификация керамических материалов и изделий. Цокольные глазурованные плитки. Керамические изделия для наружной и внутренней облицовки зданий.
презентация , добавлен 30.05.2013
Исторические этапы развития строительного материаловедения. История развития производства строительных материалов. Достижения отечественной науки, техники и промышленности. Строительные материалы в народном хозяйстве.
реферат , добавлен 21.04.2003
Гипс как типичный осадочный минерал. Месторождения в России. Физические и технические свойства гипса. Сухие строительные смеси. Декоративные элементы и лепнина: панно, плитка, розетка, фриз, карниз. Назначение скульптурного и медицинского гипса.
презентация , добавлен 08.12.2016
Классификация искусственных строительных материалов. Основные технологические операции при производстве керамических материалов. Теплоизоляционные материалы и изделия, применение. Искусственные плавленые материалы на основе минеральных вяжущих бетонных.
презентация , добавлен 14.01.2016
Техническая характеристика природных и обогащенных песчано-гравийных смесей. Расчет основного технологического оборудования и производительности линии по разделению песчаных и гравийных строительных смесей. Оценка энергопотребления линии производства.
1.3. Сырьевая база промышленности строительных материалов
Сырье - исходные вещества или смеси из нескольких компонентов (сырьевые смеси), которые поступают в переработку для получения продукции.
Промышленность строительных материалов получает сырье из 3-х основных источников:
Неорганическое природное сырье (подавляющая часть) добывается из недр земли или ее поверхностных наносных слоев: горные породы;
Органическое природное сырье - вещества, содержащие углеводороды или углеводы и их производные: различные угли, древесина, торф, растительные вещества, нефть, газ;
Отходы и побочные продукты промышленности, образующиеся в огромных количествах, а использующиеся пока в России крайне недостаточно. В то же время установлено, что использование промышленных отходов позволило бы покрыть до 40% потребности строительства России в сырьевых ресурсах, на 10-30 % сократить затраты на изготовление строительных материалов и значительно снизить антропогенные нагрузки на окружающую среду.
Для производства строительных материалов используются следующие виды промышленных отходов: шлаки черной и цветной металлургии, золы и шлаки тепловых электростанций, вскрышные породы, отходы угледобычи и углеобогащения, отходы химической промышленности, отходы древесины и лесохимии, отходы самой промышленности строительных материалов и проч.
Следует отметить, что промышленность строительных материалов является единственной отраслью промышленности, которая способна переработать эти многотоннажные отходы и создать на их основе эффективные материалы. Это путь к созданию малоотходных и безотходных производств.
Глава 2. Основные свойства строительных материалов
2.1. Связь состава, строения и свойств строительных материалов
Строение и свойства. Свойства материала в большой мере зависят от особенностей его строения. Строение материала изучают на трех уровнях:
макроструктура – строение, видимое невооруженным глазом,
микроструктура – строение, видимое в оптический микроскоп;
внутреннее строение веществ, составляющих материал – строение на молекулярно-ионном уровне.
Макроструктура строительных материалов бывает следующих типов:
Конгломератная (например, бетоны различного вида);
Ячеистая (пено- и газобетоны, ячеистые пластмассы);
Мелкопористая (керамические специально поризованные материалы);
Волокнистая (древесина, минеральная вата, стеклопластики);
Слоистая (пластмассы со слоистым наполнителем и другие рулонные, листовые, плитные материалы);
Рыхлозернистая (порошкообразная – различные засыпки, заполнители для бетона и проч.).
Конгломераты – материалы, представляющие собой плотно соединенные (обычно с помощью какого-либо цементирующего вещества) отдельные зерна. Например, в бетоне зерна песка и крупного заполнителя (щебня или гравия) прочно соединены в единое целое при помощи вяжущего вещества – цемента.
По современным представлениям большинство традиционных строительных материалов можно отнести к так называемым композитам. Композиты (композиционные материалы) – материалы с организованной структурой. В композитах различают компонент, образующий непрерывную фазу, называемую матрицей и играющую роль связующего, и второй компонент, дискретно распределенный в матрице, - упрочняющий компонент . В роли матрицы в строительных композитах используют полимерные и минеральные вяжущие вещества, в роли упрочняющего компонента – волокнистые (стекловолокно, отрезки металлической проволоки, асбестовое волокно и т.п.), листовые (бумага, древесный шпон, ткани) материалы, тонкодисперсные порошкообразные частицы.
Матрица «заставляет» дискретный компонент работать как единое целое, обеспечивая высокую прочность материала. В композиционных материалах достигается совокупность свойств, не являющаяся простой суммой свойств исходных составляющих, возникает новое качество материала («синергетический эффект»).
Материалы с волокнистой и слоистой макроструктурой имеют различные свойства в разных направлениях, то есть обладают анизотропией свойств. Примером анизотропного материала волокнистого строения является древесина, которая вдоль и поперек волокон имеет различную прочность, теплопроводность, усадку, набухание.
Микроструктура вещества, составляющего материал, может быть кристаллическая и аморфная . Нередко одно и то же вещество может существовать в обеих формах, например, кристаллический кварц и различные виды аморфного кремнезема в виде вулканического стекла, минерала опала и проч.
У кристаллических веществ молекулы, атомы или ионы расположены упорядоченно, образуя так называемую кристаллическую решетку. Особенностью кристаллических веществ является определенная температура плавления и геометрическая форма кристаллов, характерная только для данного вещества. Аморфные вещества характеризуются беспорядочным расположением частиц. Обладая нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, аморфные вещества химически более активны, чем кристаллические того же состава. Аморфная форма вещества может перейти в более устойчивую кристаллическую форму.
Внутреннее строение веществ, составляющих материал, определяет прочность, твердость, тугоплавкость и другие важные свойства материала. Кристаллические вещества, входящие в состав строительного материала, различаются по характеру связи между частицами, образующими пространственную кристаллическую решетку. Ковалентная связь осуществляется электронной парой, когда в «узлах» кристаллической решетки находятся атомы. Это простые вещества (алмаз, графит) и некоторые соединения из двух элементов (кварц, карборунд, карбиды, нитриды). Материалы с такой связью отличаются высокой механической прочностью, твердостью, тугоплавкостью.
Материалы с ионной связью (в «узлах» кристаллической решетки находятся ионы) имеют невысокую прочность и твердость, как правило, неводостойки (гипс, ангидрит). В относительно сложных кристаллах, например CaCO 3, имеет место и ковалентная и ионная связи. Внутри сложного иона CO 3 2- - ковалентная связь, а с ионами Са 2+ - ионная, поэтому кальцит обладает высокой прочностью, но малой твердостью.
Кристаллы веществ с молекулярной связью построены из целых молекул, которые удерживаются друг около друга слабыми ван-дер-ваальсовыми силами межмолекулярного притяжения (например, лед, некоторые газы). При нагревании связи между молекулами легко разрушаются.
Металлическая связь возникает в кристаллах металлов и придает им специфические свойства: высокие электропроводность и теплопроводность, ковкость, тягучесть, металлический блеск. Ковкость и тягучесть объясняются отсутствием жесткости в кристаллических решетках металлов, их плоскости довольно легко сдвигаются одна относительно другой. Электропроводность и теплопроводность обусловлены высокой подвижностью и большой «свободой» электронов в пространственной структуре металлов.
Состав и свойства . Строительные материалы характеризуются химическим, минеральным, вещественным и фазовым составами. Иногда для характеристики материала используют элементный (элементарный) состав, показывающий, какие химические элементы и в каком количестве входят в материал. Например, элементный состав битумов колеблется в пределах: С - 70-80%, H – 10-15%, S – 2-9%, O – 1-5%, N – 0-2%.
Химический состав позволяет судить о ряде свойств материала: механических, биостойкости, огнестойкости и других. Обычно его выражают процентным содержанием оксидов, например, в состав портландцементного клинкера входит CaO - 63-66%, SiO 2 - 21-24%, Al 2 O 3 – 4-8%, Fe 2 O 3 – 2-4%.
Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве входят в каменный материал или вяжущее вещество. Например, в портландцементном клинкере содержание главного минерала - трехкальциевого силиката 3CaOSiO 2 составляет 45-60%, причем при большем его количестве ускоряется твердение, повышается прочность цементного камня.
У строительных материалов, представляющих собой смесь различных веществ, свойства во многом зависят от процентного содержания этих компонентов, то есть от вещественного состава материала. Так, для портландцемента вещественный состав характеризуют процентным содержанием клинкера, природного гипса, а также видом и количеством активных минеральных или органических добавок.
Фазовый состав показывает соотношение между твердой, жидкой и газообразной фазами. Твердая фаза – вещества, образующие «каркас» материала, жидкая и газообразная – соответственно вода и воздух, заполняющие поры материала. При замерзании воды в порах материала фазовый состав меняется, образуется лед, который изменяет свойства материала. Увеличение объема замерзающей в порах воды вызывает внутренние напряжения, способные разрушить материал при повторных циклах замораживания-оттаивания.
PAGE 3
Лекция 2 по дисциплине «Строительные материалы» для 1 курса (бакалавриат)
Тема. Сырье для производства строительных материалов. Природные каменные материалы
1. Природная сырьевая база для производства строительных матери а лов.
Сырьем для изготовления всех неорганических строительных материалов (каменных и металлов) являются горные породы.
Строительные материалы из горных пород могут быть получены двумя путями: механической обработкой и химической переработкой (чаще всего обжигом).
Природными каменными материалами в строительстве называют камни, полученные механической обработкой горных пород дроблением, распиливанием, раскалыванием, фактурной обработкой поверхности. Природные каменные материалы сохраняют структуру горной породы. Некоторые горные породы, разрушенные самой природой, могут представлять собой готовый строительный материал (песок, гравий и др.).
Камнелитные изделия получают плавлением камня с последующей разливкой расплава в формы. Технология каменного литья называется петрургией (слово «петр» означает камень). Петрургию применяют для получения непористых каменных изделий или изделий сложной формы.
Химической переработкой горных пород получают такие распространенные материалы (вяжущие), как известь, цемент, строительный гипс и др. Одна из наиболее доступных для добычи горных пород глина с древнейших времен подвергается химической переработке обжигу. Из глины, как известно, получают кирпич и керамические, в том числе строительные, изделия.
Металлы получают также из горных пород, называемых рудами. Руда это горная порода, содержащая значительный процент металла. При этом должно быть технологически приемлемо и экономически целесообразно извлекать металл из такой породы. Например, руды, содержащие оксиды железа в свободном состоянии, главное сырье для металлургии. А широко распространенные породы, называемые железомагнезиальные силикаты не применяются для извлечения железа или магния. Металла в них небольшой процент, и извлечь его из породы трудно и дорого.
Основное сырье для органических материалов нефть и каменный уголь можно также отнести к горным породам. Из нефти и каменного угля получают битумы и дегти, используемые для кровельных материалов и дорожного строительства. Продукты переработки нефти и каменного угля применяются для получения строительных пластмасс
Древнейший строительный материал органического происхождения древесина. Механической обработкой древесины получают материалы, сохраняющие ее структуру. Это не только хорошо известные бревна и доски, но и, например, декоративно-отделочный материал шпон из ценных пород древесины.
2.Вторичные сырьевые ресурсы в производстве строительных матери а лов.
Наряду с природным сырьем в производстве строительных материалов применяют так называемые техногенные отходы. Промышленность выпускает готовой продукции значительно меньше, чем потребляет сырья. Например, для производства 1 т чугуна расходуется 1,5… 2 т сырья. Следовательно, 0,5… 1 т это отходы производства.
Среди техногенных отходов могут быть газообразные, жидкие и твердые продукты. Многие из них загрязняют воздух и воду. Известно, что улавливанием и нейтрализацией вредных отходов стали заниматься только в связи с бурным развитием промышленности в конце 19 начале 20 века. Полностью эта проблема до сих пор не решена.
Техногенные отходы, в том числе полученные при очистке промышленных стоков, газовых и пылевых выбросов, могут быть снова использованы как сырье в том же или другом производстве. Из отраслей, потребляющих промышленные отходы, наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Установлено, что использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах. Применение промышленных отходов позволяет на 10…30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья. Кроме того, из промышленных отходов можно создавать новые строительные материалы с высокими технико-экономическими показателями.
Отходы удобно классифицировать по отраслям промышленности.
Шлаки черной металлургии . Среди них наибольшее значение для строительной индустрии имеют доменные шлаки побочный продукт при выплавке чугуна в доменных печах. В домне, как известно, руда расплавляется. Расплав разделяется на два слоя металл внизу и шлак сверху. Таким образом, шлак представляет собой плавленый камень. В металлургических районах отвалы затвердевшего шлака занимают много полезной земли (выход шлака около 0,5 тонн на тонну чугуна). Строительная индустрия потребляет как монолитный шлак после дробления в щебень, так и специально подготовленный гранулированный шлак. Простейший способ грануляции сухой: тонкая струя расплавленного шлака льется с большой высоты, разделяясь при этом на капли, которые, застывая, и образуют гранулы шлака. Существуют также мокрый и полусухой способы грануляции. Цель грануляции получить незакристаллизованный (аморфный, стекловидный) камень, химически более активный, чем закристаллизовавшийся в отвалах шлак. Гранулы растирают в порошок и применяют в производстве цемента. Щебень, полученный дроблением отвального шлака, применяют как заполнитель для бетона. Для легкого бетона изготовляют шлаковую пемзу поризованный шлак. Сущность изготовления шлаковой пемзы состоит в том, что расплавленный шлак с температурой около 1300ºС обрабатывается холодной водой. Благодаря мгновенному испарению воды и связанному с этим быстрому остыванию шлака вязкость последнего возрастает. Пузырьки пара не могут преодолеть пластически вязкое состояние расплава, застревают в нем и вспучивают его. В результате образуется легкий пористый материал, напоминающий природную пемзу.
Шламы общее название осадков суспензий, получаемых в металлургических и химических производствах при жидкостной обработке различных материалов. Например, из нефелина при получении из него глинозема ( Al 2 O 3 ) получается шлам, содержащий белит Ca 2 SiO 4 . Белит входит в состав портландцемента, поэтому белитовый шлам используют в производстве вяжущих. при вымывании из глины алюминия с помощью кислотной обработки получается шлам, богатый SiO 2 (сиштоф), который также используют как добавку к цементам.
Приведенные примеры шламов это отходы цветной гидрометаллургии. Шламы образуются и во многих других производствах. Например, в целлюлозно-бумажной промышленности при механической очистке сточных вод образуются шламы, содержащие волокна целлюлозы и частицы каолина, которые также могут быть использованы в производстве строительных материалов. При обогащении руд методом флотации также образуются шламы (флотационные хвосты), которые содержат так называемую «пустую» породу (название в отличие от концентрата, который после обогащения содержит много металла). Для строителей «пустая» порода» это измельченный камень, который может быть использован в производстве безобжиговых материалов.
Золы и шлаки тепловых электростанций (ТЭС) минеральный остаток от сжигания твердого топлива. Одна ТЭС средней мощности выбрасывает в отвалы около 1 млн тонн зол и шлаков в год. Топливные золы и шлаки содержат все связанные или свободные оксиды, которые присутствуют в строительных каменных материалах. Поэтому они могут использоваться при производстве практически всех строительных материалов и изделий.
Вскрышные породы отходы добычи различных полезных ископаемых открытым способом (в карьерах). Это, как считают до 3 млрд тонн в год (на всю страну) все тех же камней, т.е. по существу неисчерпаемый источник для промышленности строительных материалов.
Отходы древесины , образующиеся на лесосеках, на лесопилках, при производстве мебели, т.е. при механической обработке древесины, составляют в год около 500 млн м 3 . Из этого огромного количества отходов используется в промышленности строительных материалов (а также в целюлозно-бумажной промышленности) всего 1/6 часть. Для производства строительных материалов используют щепу, стружку, опилки. Крупные отходы лесопиления (горбыль, например) и дровяное долготьё с лесосек измельчают и применяют как наполнитель в ДСП, ДВП, ЦСП, арболите и других материалах на вяжущих.
Здесь перечислены лишь некоторые виды отходов, применяемые в производстве СМ. Использование техногенных отходов неотъемлемая черта всех ресурсосберегающих технологий. При использовании отходов, как правило, улучшается экология за счет уменьшения отвалов, свалок, вредных выбросов сточных вод и газов.
Все последующие лекции, кроме металлов, адаптировались к первому курсу только в процессе чтения. Материалы из первой главы нашего учебника (Андреев и др. Материаловедение) здесь не повторяются.
