Искусственный каменный материал на основе отсевов дробления карбонатных пород: состав, технологии, свойства

В. Д. ЧЕРЕПОВ 

 
 

ИСКУССТВЕННЫЙ  

КАМЕННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ  

ОТСЕВОВ ДРОБЛЕНИЯ  КАРБОНАТНЫХ ПОРОД: 

СОСТАВ, ТЕХНОЛОГИИ, СВОЙСТВА 

 
 
 
 

Монография 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола  

2015 

УДК 691 
ББК  38.3 

Ч 46 

 

Рецензенты: 

д-р техн. наук, профессор кафедры химических технологий Владимирского государственного университета им. Александра Григорьевича 
и Николая Григорьевича Столетовых  И. А. Христофорова; 
д-р техн. наук, профессор, зав. лабораторией строительной теплофизики 
НИИСФ РААСН, член-корреспондент РААСН В. Г. Гагарин; 
д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой автомобильных дорог и специальных инженерных сооружений Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева Б. М. Люпаев 
 
 
 
 

Черепов, В. Д.  

Ч 46      Искусственный каменный материал на основе отсевов дробле
ния карбонатных пород: состав, технологии, свойства: монография 
/ В. Д. Черепов. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2015. – 188 с. 
ISBN 978-5-8158-1600-8 

 

В монографии представлены актуальные вопросы теории, а также за
рубежной и отечественной практики комплексного использования природных каменных материалов. На примере Республики Марий Эл исследуются карбонатные породы как сырье для производства конкурентоспособных стройматериалов с улучшенными показателями прочности, водо- 
и морозостойкости. Рассмотрены состав, технологии и свойства модифицированного искусственного каменного материала на основе отсевов 
дробления карбонатных пород. 

Для исследователей, специалистов-практиков в области строительных 

материалов, а также аспирантов, магистрантов строительного профиля. 

 

УДК 691 
ББК  38.3 

 

ISBN 978-5-8158-1600-8 
© Черепов В. Д., 2015 
© Поволжский государственный  
технологический университет, 2015 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Настоящая монография посвящена решению актуальной про
блемы – поиску возможностей комплексного использования местной 
материальной базы при производстве качественных, конкурентоспособных строительных материалов. На основании комплекса экспериментальных исследований осуществлен подбор состава высокопрочного искусственного каменного материала, где в качестве одного из основных компонентов применялись отсевы дробления низкопрочных и неводостойких карбонатных пород, являющихся отходами в процессе получения карбонатного щебня. 

Актуальность исследования обусловлена необходимостью раз
работки новых ресурсосберегающих технологий, направленных на 
получение высококачественных строительных материалов на основе 
местных минеральных сырьевых ресурсов, а также снижения себестоимости материала за счет применения местного минерального 
сырья – отсевов дробления карбонатных пород (ОДКП). 

Данная работа представляет собой попытку теоретически обос
новать и экспериментально подтвердить возможность производства 
высокоэффективного искусственного каменного материала на основе комплексного использования отсевов дробления неоднородных 
по составу низкопрочных карбонатных пород по технологии полусухого прессования с применением модифицирующих добавок.  

Установлены зависимости формирования свойств модифициро
ванного материала, выявлены рациональные содержания используемых химических добавок с точки зрения повышения его прочности, 
водо- и морозостойкости. 

Определены рациональные границы корректирования зернового 

состава ОДКП с повышенным содержанием пылевидных фракций 
частичной заменой ОДКП природным кварцевым песком. Установлена рациональная водопотребность формовочных смесей для технологии полусухого прессования изделий. Определены зависимости 
влияния предварительной фторизации ОДКП и модификации формовочной смеси добавками метилгидроэтилцеллюлозы TyloseM 

15000 и стирол-акриловой дисперсии на формирование свойств 
прессованного искусственного каменного материала. Научная новизна результатов исследования подтверждена патентами на изобретения. 

Практическая значимость исследования обусловлена разработ
кой новых составов водо- и морозостойкого прессованного стенового камня с прочностью, соответствующей маркам М200 и М250, и 
морозостойкостью F50 за счет использования метода химического 
модифицирования добавками RheoFIT 774 и Пенетрон Адмикс при 
комплексном применении неоднородных и низкопрочных ОДКП. 

Новое техническое решение, актуальное для строительной от
расли, заключается в выявлении промышленно применимого способа утилизации отходов разработки карбонатного щебня при производстве водостойкого искусственного каменного материала с повышенными показателями прочности и морозостойкости на основе использования метода химической модификации формовочных смесей. Важно, что основные результаты работы подтверждены полномасштабными испытаниями в промышленных условиях. 

Автор считает своим приятным долгом выразить признатель
ность рецензентам – И. А. Христофоровой, профессору Владимирского государственного университета; Б. М. Люпаеву, профессору 
Мордовского государственного университета; В. Г. Гагарину, профессору, члену-корреспонденту РААСН, советы и рекомендации 
которых были учтены при работе над рукописью. Большая благодарность всему коллективу кафедры строительных технологий и 
автомобильных дорог Поволжского государственного технологического университета и особенно заведующей кафедрой О. В. Кононовой, а также директору Института строительства и архитектуры  
В. Г. Котлову. Без их научного консультирования, плодотворного 
обсуждения основных идей, конструктивной и доброжелательной 
критики, помощи и поддержки во всем выполнение данной работы 
было бы невозможно. 
 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ 

 

БТ – бетоносмеситель 

ВНВ – вяжущие низкой водопотребности 

ВНД – внутренняя норма доходности 

ВПБ – высокопрочный бетон 

НПБ – низкопрочный бетон 

ВС – водная среда 

ГПК – гиперпрессованный кирпич 

ИД – индекс доходности 

ИКМ – искусственный каменный материал 

ИСМ – инновационный строительный материал 

КМ – композиционные материалы 

МИК – модифицированный искусственный камень 

ММБ – модифицированный мелкозернистый бетон 

МКБ – модифицированный крупнозернистый бетон 

НСАМ – Научный совет по аналитическим методам 

НСМ – нерудные строительные материалы 

НСОММИ – Научный совет по методам минералогических ис
следований 

НУ – нормальные условия 

ОДКП – отсев дробления карбонатных пород 

ОКЗ – однокомпонентный заполнитель 

ОКП – осадочные карбонатные породы 

П – песок 

ПАВ – поверхностно-активные вещества 

ПЦ – портландцемент 

СБС – самоуплотняющаяся бетонная смесь 

СДО – смола древесная омыленная 

СУБ – самоуплотняющийся бетон 

ТВО – тепловлажностная обработка 

ТК – твердый компонент 

УТ – условия твердения 

Ц – цемент 

ЧД – чистый доход 

ЧДД – чистый дисконтированный доход 

WACC – норма дохода на вкладываемый капитал 

 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Изменения, произошедшие за последние десятилетия в социаль
ной, экономической и других сферах жизни и деятельности современного общества привели к существенному повышению основных 
технических требований, предъявляемых к  строительным объектам, 
и соответственно – к строительным материалам для возведения зданий и сооружений. В частности, наряду с высокими техническими 
показателями, больше внимания стало уделяться вопросу рационального и комплексного использования местных минеральных ресурсов, снижению стоимости строительных объектов, которая в значительной степени зависит от транспортных расходов, а также производству и распространению экологически безопасной строительной продукции. По-прежнему актуальной остается задача комплексного использования местных осадочных карбонатных пород. Решение ее имеет важное значение в связи с тем, что карбонатные породы широко распространены во многих регионах Российской Федерации. Однако сравнительно низкая прочность и высокая неоднородность состава затрудняют и ограничивают комплексное применение этого экологически чистого минерального сырья. 

В процессе разработки карбонатных пород образуется большое 

количество отсевов дробления. Проблема рационального использования отсевов дробления карбонатных пород (ОДКП)  во многих 
регионах сегодня также не решена. Многолетние скопления в карьерах отсевов дробления занимают огромные площади. Привлекательными для применения их в строительстве являются экологическая 
безопасность и возможность снижения транспортных расходов.  

Перечисленные выше факты подтверждают актуальность ис
следований, направленных на разработку технологии получения высококачественного искусственного каменного материала на основе 
комплексного использования местных карбонатных пород. 

Настоящее исследование посвящено разработке составов и тех
нологии получения искусственного каменного материала с повы

шенными технико-эксплуатационными характеристиками на основе 
низкопрочных отсевов дробления карбонатных пород. 

Разработаны составы и технология получения искусственного 

каменного материала методом полусухого прессования, объективно 
относящиеся к инвестиционно-привлекательным ввиду низкого 
уровня финансовых затрат, требующихся для организации действующего производства и одновременно более низкой себестоимости  
по сравнению с аналогами на рынке строительных материалов. Данные составы базируются на современных подходах к модифицированию прессованных цементных композиций и направлены на получение водостойкого и морозостойкого искусственного строительного камня. 

Основной целью исследования явилась разработка составов и 

технологии получения  водостойкого искусственного каменного материала на основе отсевов дробления низкопрочных  неводостойких 
карбонатных пород. 

Для реализации поставленной цели были сформулированы и 

решены следующие задачи: 

1) исследовать свойства отсевов дробления карбонатных пород 

и обосновать возможность их комплексного использования для получения водостойкого искусственного каменного материала; 

2) изучить влияние методов и параметров формования на фор
мирование физико-механических свойств искусственного каменного 
материала на основе низкопрочных ОДКП; 

3) исследовать закономерности изменения физико-механичес
ких свойств искусственного каменного материала на основе низкопрочных ОДКП под воздействием модифицирующих добавок; 

4) подобрать оптимальные составы водостойкого искусствен
ного каменного материала с повышенными физико-механическими 
свойствами; 

5) разработать технологию изготовления искусственного ка
менного материала на основе низкопрочных ОДКП; 

6) выполнить оценку технико-экономической эффективности 

применения разработанного искусственного каменного материала с 

комплексным использованием низкопрочных и неводостойких карбонатных пород. 

Научная новизна и теоретическая значимость работы заклю
чаются в следующем: 

• теоретически обоснована и экспериментально подтверждена 

возможность создания высокопрочного и водостойкого искусственного каменного материала на основе отсевов дробления низкопрочных неводостойких карбонатных пород; 

• установлены закономерности изменения физико-механичес
ких свойств искусственного камня при флюатировании заполнителя 
на основе отсевов дробления карбонатных пород и модифицировании формовочной смеси комплексными химическими добавками; 

• установлены и научно обоснованы причины низкой атмосфе
ростойкости искусственного каменного материала на основе ОДКП 
и разработаны способы повышения прочности, водостойкости и морозостойкости путем введения добавок RheoFIT 774 в количестве  
0,2 л на 100 кг цемента и Пенетрон Адмикс в количестве 1 % от массы цемента в малоцементные составы; 

• доказано, что высокопрочный искусственный каменный мате
риал на основе ОДКП может быть получен для составов с содержанием цемента до 10 %, при использовании в качестве модификаторов 1-3 % раствора HF и метилгидроэтилцеллюлозы в количестве 
0,04-0,5 % или стирол-акриловой дисперсии в количестве до 2,3 % от 
массы твердых компонентов. 

Практическая значимость исследования заключается в том, что 

в результате разработаны: 

• предложения по комплексному использованию неоднородных 

отсевов дробления низкопрочных, неводостойких карбонатных пород в производстве стенового каменного материала; 

• составы и технология получения стенового атмосферостойко
го искусственного каменного материала,  в том числе параметры 
подготовки карбонатного сырья и формовочных смесей, формования 
изделий и условий их твердения; 

• технические условия на искусственный прессованный камень 

на основе ОДКП Республики Марий Эл. 

Результаты  исследований использованы при выпуске опытной 

партии мелкоштучного искусственного камня и внедрены в производство на предприятии ООО «Корвет» (Республика Марий Эл). 

При проведении исследования применялись общенаучные, а 

также специальные физико-механические, физико-химические и математические методы: рентгеноструктурный анализ, метод электронной микроскопии, методы математического моделирования. 

Достоверность результатов исследования обеспечена: 
- использованием при проведении экспериментальных исследо
ваний методик, регламентированных действующими стандартами, а 
также применением поверенного оборудования; 

- большим объемом экспериментальных исследований, выпол
ненных с применением современной электронно-вычислительной 
техники и программного обеспечения [1] при статистической обработке результатов и опытно-производственными испытаниями. 

Основными направления исследований, результаты которых 

обобщаются в настоящем издании, являются следующие: 

• научное обоснование причин низкой водостойкости и меха
низма повышения водостойкости  искусственного каменного материала на основе ОДКП;  

• закономерности формирования основных физико-технических 

свойств исследуемого искусственного каменного материала под 
влиянием  параметров технологии и состава;  

• результаты экспериментальных исследований модифицирова
ния искусственного каменного материала на основе ОДКП; 

• новые составы и технология  получения атмосферостойкого 

прессованного искусственного стенового каменного материала с 
прочностью при сжатии до 25 МПа, коэффициентом водостойкости 
не ниже 0,9 и морозостойкостью F50, изготовленного при комплексном использовании неоднородных отсевов дробления низкопрочных 
и неводостойких карбонатных пород; 

• рациональные параметры технологии производства и опти
мальные составы прессованного искусственного стенового каменного материала.