Исследование месторождений глин Саратовской области для производства строительных материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ ГЕОЛОГИЯ

УДК 552.52:691.4 (470.44)

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ГЛИН САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

© 2010 г. О.Д. Смилевец

Саратовский государственный технический университет

Глины - это связные несцементированные осадочные породы с преобладанием глинистых минералов, которые держатся в куске вследствие межмолекулярных сил и сцепления между тончайшими частицами (глинистые частицы имеют d < 0,005 мм) [1]. Глины обладают пластичностью - порошок глин, замешанный с водой, образует вязкое тесто, способное формоваться и сохранять приданную ему форму. Обожженное в огне тесто приобретает каменистую твердость и крепость.

Глины - полезное ископаемое, которое применяется при изготовлении керамики, огнеупорных изделий, как адсорбент (монт-мориллонитовые глины) и для других целей. В пределах Саратовской области разведаны месторождения глин различного типа (схема).

Верхняя часть хвалынских отложений ^Ьу] на территории области сложена преи-мущественно "шоколадными" глинами, мощность которых на разведанных месторождениях варьирует от 1,4 м до 15 м. Гранулометрический состав (%): песчаная фракция 0,03-44,65; пылеватая 0,3-66,7; глинистая 9,3-90,7. В хвалынских отложениях разведано 14 месторождений кирпично-чере-пичного и 5 месторождений керамзитового сырья. Сырье пригодно для производства кирпича марки "100", аглопорита марок "400"-"500", керамзитового гравия марок "200"-"600". Испытания керамзитового гра-

вия в бетоне показали его пригодность как теплоизоляционного керамзитобетонного заполнителя марки "10" и конструкционно-теплоизоляционного бетона марки "50".

Полезная толща на месторождениях кирпично-черепичного сырья сложена глинами и суглинками светло-бурого цвета с большим содержанием мелких обломков алевритов, песчаников, зерен кварца, мергелей, реже карбонатов. Гранулометрический состав (%): песчаная фракция 4-41; пылеватая 6-89,7; глинистая 15,87-57,2; засоренность крупнозернистыми включениями 0,9 %. Глины пригодны с добавкой 3 % угля (Базарно-Карабулакское месторождение) для производства пустотелого кирпича марки "100" класса Б методом пластичного формования с искусственной сушкой сырца.

Моренные глины и суглинки используются как сырье для производства кирпича по качеству марки не выше "100". На шести разведанных месторождениях мощность этих глин и суглинков колеблется от 2 до 15 м.

Хвалынские отложения наиболее развиты в Заволжье и являются продуктивными на керамзитовое, кирпично-черепичное, аглопоритовое сырье. В пределах развития этих отложений разведано 41 месторождение.

В верхней части палеоценового продуктивного горизонта залегают глины светлосерые плотные, очень жирные, иногда тугоплавкие, пригодные для производства

Схема расположения месторождений глин на территории Саратовской области

(Крутецкое месторождение в Ртищевском районе) кирпича марок "125", "150", "200", дренажных труб (с внутренним диаметром 75 и 100 мм), плиток керамических фасадных, облицовочных.

На водораздельных пространствах распространены отложения скифской свиты, сложенные глинами красно-бурой окраски, пригодными для производства дренажных труб (при условии введения в шихту крупнозернистых отощающих добавок), керамического кирпича марки "200" (Пролетарский участок в Аркадакском районе), керамзитового гравия.

К акчагыльским отложениям [N2aк] приурочены месторождения глин и песков, которые пригодны для буровых растворов и производства кирпича. По минеральному составу они преимущественно монтморил-лонитовые, высокодисперсные и по химическому составу соответствуют биклянским бентонитам, которые используются в производстве керамзитового гравия, как формо-

вочное сырье в литейном производстве и буровых растворах.

Эоплейстоценовый продуктивный

[^ар] горизонт представлен образованиями апшеронского яруса, сложенного сырто-выми глинами коричневато-бурыми плотными, слабопесчанистыми и с мелкими сульфатно-карбонатными включениями в виде мелкокристаллического гипса и примазок аморфной извести, мощность которых достигает 50 м. По гранулометрическому составу они относятся к дисперсному сырью, содержание фракций колеблется в пределах: глинистой от 15 до 58,57 %, пылеватой от 35,4 до 65,3 % и песчаной от 4 до 43,8 %, и пригодны для производства кирпича марок до "150" включительно.

Миоценовый продуктивный горизонт [^т] развит в западной части Саратовской области на территории Ртищевского, Арка-дакского и Калининского районов. Представлен он толщей темно-серых глин, формировавшихся в условиях мелководного морско-

го бассейна. Они однородны по составу, неслоистые, плотные, высокопластичные и являются хорошим сырьем для производства керамзитового гравия (месторождения Ме-щеряковское, Находкинское). Основной породообразующий минерал глин - монтмориллонит. В естественном состоянии они характеризуются коэффициентом вспучива-емости от 2,5 до 4,5; с введением в шихту 1-процентного солярового масла он возрастает до 6,1. Объемная масса керамзитового гравия 0,4-0,8 г/см3, марки гравия "350"-"400" по объемной массе и "П50"-"П75" по прочности.

Маастрихтский продуктивный горизонт [К2т] в правобережной части области представлен опоками, трепеловидными глинами, песчаными опоками, опоковидными мергелями, мелом, песками и песчаниками. В Хвалынском и Вольском районах, в Заволжье (Озинский и Новоузенский районы) он преимущественно сложен мелом. С этим горизонтом связаны месторождения глин, пригодных для производства кирпича (Ры-бушанское, Горючкинское).

Для производства кирпича пригодны глины альбского возраста (Никольское месторождение в Саратовском районе). В Вольском районе альбские глины используются как составная часть шихты при производстве цемента.

Готеривский продуктивный горизонт

[К^] в нижней части сложен песками глау-конитово-кварцевыми, разнозернистыми зеленовато-серой окраски. Вверх по разрезу они замещаются глинами серыми и темно-серыми плотными, жирными, являющимися потенциальным сырьем в производстве керамзитового гравия и песка, легких заполнителей бетона. Выходы этих отложений установлены в пределах Хлебновского и Курдюмо-Елшанского поднятий Татищев-ского, Саратовского районов и на Орловском поднятии в Пугачёвском районе.

Барремский продуктивный горизонт [К^г] развит в Заволжье на территории Краснопартизанского района и сложен тем-

но-серыми плотными глинами, содержащими редкие гнезда кристаллического гипса и конкреции сидерита. Вскрытая мощность барремских глин в Заволжье до 25 м. Они пригодны для производства керамзитового гравия, керамического кирпича, аглопорито-вого щебня, лицевого кирпича и облицовочной плитки. Их технологические свойства: при испытании на керамзит коэффициент вспучивания составляет 1,9-5,3 при оптимальной температуре обжига 1140 °С и термоподготовке 200 °С, насыпная плотность керамзитового гравия - 0,4-0,76 г/см3; при испытаниях на керамический кирпич нормальная формовочная влажность - 30-34 %, чувствительность к сушке средняя и высокая, водопоглощение образцов при температуре обжига 950-1000 °С - 9-13 %, прочность при сжатии - 190-350 кг/см2, при изгибе -30-45 кг/см2.

Аптский продуктивный горизонт [К1а] представлен песками, выходы которых отмечены в Татищевском, Саратовском, Вольском и Хвалынском районах. С ним связаны месторождения кирпичных и керамзитовых глин темно-серых, плотных, монтмо-риллонитовых, достигающих мощности 23,3 м, характеризующихся незначительной степенью засоренности крупнозернистыми включениями, высокой и средней пластичностью (13-40,6). В заводских условиях из них получают кирпич марок " 100"-" 150". Аптские глины пригодны для производства керамзита. Они вспучиваются при температурах 1130-1170 °С, коэффициент вспучивания составляет 1,54, объемная масса -0,56 т/м3. В Вольском районе находится Тер-синское месторождение тугоплавких глин мощностью 4,7 м. Пластичность составляет 17,7-37, прочность при сжатии во влажном состоянии - 0,44 кгс/см2, в сухом - 4,6 кгс/см2. Глины предположительно относятся к маркам И-2Т3, М-1/2Т3.

С байосским продуктивным горизонтом ^Ь] связаны месторождения глин, пригодных для производства кирпича и керамзита. Породы байосса выходят на поверх-

ность в южной части Красноармейского и северной части Саратовского районов. Глины синевато-серого цвета жирные, пластичные тонкодисперсные, плотные, гранулометрический состав их (%): фракция менее 0,01 мм - 54,4-92,3; 0,25-00,1 мм - 7,5-44,6; более 0,25 мм - 0,1-4. Технологические свойства: число пластичности 12,1-26,4; коэффициент вспучивания 2,1-9,2; объемная масса обожженных гранул 0,5-0,93. Они пригодны для производства керамзитового гравия марок "350"-"700" по насыпному весу и класса "Б" - по прочности.

Батский продуктивный горизонт ^Ы] сложен глинами серыми песчанистыми с содержанием фракций (%): песчаных 4,41-29,28, пылеватых 28,72-65,07, глинистых 22,37-48,16. На Хлебновском месторождении в Татищевском районе глины батско-го горизонта являются сырьем для производства кирпича.

Келловейский продуктивный горизонт [^к] сложен глинами, пригодными для производства кирпича. Месторождения этого возраста известны в Саратовском и Тати-щевском районах (Ириновское, Шевырев-ское, Саратовское, Воронцовское и др.). Они имеют максимальную вскрытую мощность 20,8 м темно-серой окраски. Характеризуются низкой засоренностью каменистыми и из-вестковистыми включениями, высокой и средней пластичностью, их гранулометрический состав (%): глинистая фракция 1849,8; пылеватая - 28,3-77 и песчаная 4-45,5.

Полученный из глин кирпич соответствует маркам " 100"-" 150", редко - "75" и характеризуется пределом прочности при сжатии от 71,8 до 326,5 кг/см2, при изгибе - от 22 до 198,8 кг/см2 и водопоглощением - от 8,9 до 20,7% .

В 2005-2008 гг. проведены исследования некоторых месторождений глин Саратовской области, в частности Воскресенского, с целью использования их для производства строительных материалов, и получены следующие результаты (табл.1, 2).

В соответствии с ГОСТом [3] исследуемая глина относится к группе низкодисперсных.

Минералогический состав изучался на частицах фракции 0,25 ... 0,05 мм (как наиболее обогащенных минеральными компонентами) микроскопическим методом по методике [2] с применением поляризационного микроскопа ПОЛАМ-211 и иммерсионных жидкостей с показателями преломления N =1,535 для легкой (р < 2900 кг/м3) и N = 1,645 для тяжелой ( р > 2900 кг/м3) под-фракций.

По классификации [3] сырье относится к группе монтмориллонит-гидрослюдистых. На основании исследований можно сделать выводы:

исследуемая проба глинистого сырья относится к кислым (содержание оксида алюминия менее 14 %) легкоплавким (показатель огнеупорности 1170 оС) среднеспе-кающимся суглинкам низкотемпературного спекания с высоким содержанием красящих оксидов и водорастворимых солей;

по минералогическому составу сырье относится к группе монтмориллонит-гидрослюдистых с умеренной механической прочностью ^сж = 4,6 МПа);

по гранулометрическому составу, по количеству, размеру и виду крупнозернистых включений проба относится к низкодисперсному сырью группы со средним содержанием включений и средними размерами включений с преобладающими включениями обломков горных пород и кварца.

Такое сырье рекомендуется [3] для производства кирпича эффективного и обыкно-

Таблица 1 Гранулометрический состав глины

Вид частиц и их размер, мм Содержание в % по объему

глинистые частицы (менее 0,005) 12,5

пылеватые (0,005 ... 0,05) 40

песчаные (более 0,05) 47,5

И Н Ж Е Н Е Р Н О - С Т Р О И Т Е Л Ь Н А Я Г Е О Л О Г И Я Минералогический состав глины

Таблица 2

Наименование минерала Содержание в пробе,% Характеристика

1 2 3

Легкая фракция

1. Кварц 21,1 Бесцветные неправильные различно окатанные и угловатые зерна

2. Полевые шпаты 11,4 Бесцветные, неправильные таблитчатые угловатые и различно окатанные зерна микроклин-ортоклазов и редкие плагиоклазы альбит-олигоклазового ряда

3. Мусковит 0,9 Бесцветные неправильные и округленные чешуйки, иногда деформированные

4. Хлорит 0,7 Серовато-зеленые неправильные листоватые зерна

5. Агрегаты глинистые 57,9 Буровато-коричневые неправильные частицы (сгустки) основной массы породы, часто с вкраплениями мельчайших зерен кальцита и углистых включений

6. Глауконит 1,1 Зеленые округлые зерна агрегатного строения

7. Кальцит 3,1 Бесцветные, сероватые неправильные, округлые зерна, обломки кристаллов, раковин

8. Опал 0,2 Обломки спикул губок, диатомей

9. Углистые частицы 2,5 Черные непрозрачные зерна, углефицированные растительные обрывки

10. Ангидрит 0,4 Бесцветные таблитчатые кристаллы и их обломки

11. Обломки кремней 0,7 Бесцветные, сероватые округлые зерна кварц-халцедонового состава

Тяжелая фракция

1. Рудные черные 14,1 Неправильные окатанные зерна магнетита, редкие ильменита со следами окисления

2. Циркон 1,0 Бесцветные окатанные зерна, их обломки

3. Турмалин 0,8 Окатанные, полуокатанные обломки призматических кристалликов с плеохроизмом в буро-зеленых тонах

4. Гранаты 5,2 Бесцветные неправильные угловатые зерна

5. Эпидотциозит 28,3 Бесцветные, серые, зеленоватые угловатые и различно окатанные зерна, свежие и пелитизированные

6. Роговая обманка 10,3 Зеленые разных тонов неправильные угловатые и полуокатанные зерна

7. Актинолит-тремолит 0,6 Бесцветные, зеленоватые неправильные зерна

8. Пироксены 0,2

9. Глаукофан 0,2

10. Силлиманит 0,8 Бесцветные неправильные угловато-зубчатые зерна

11 .Андалузит 0,4 Бесцветные неправильные зерна

12. Кианит 2,1 Бесцветные таблитчато-призматические угловатые и полуокатанные зерна

13. Ставролит 0,6 Неправильные полуокатанные зерна с плеохроизмом в желто-коричневых тонах

Продолжение таблицы 2

Минералогический состав глины

1 2 3

Тяжелая фракция

14. Биотит 0,2

15. Хлоритоид 0,2

16. Мусковит 0,8 Бесцветные округленные чешуйки

17. Хлорит 0,4 Серовато-зеленые листоватые зерна

18. Рутил 1,0 Темно-коричневые и желто-коричневые окатанные зерна, обломки кристаллов

19. Сфен 0,8 Бесцветные округлые зерна

20. Анатаз 0,4 Таблитчатые и пирамидальные зерна

21. Лейкоксен 4,9 Желтоватые в отраженном свете округлые зерна

22. Хромит 0,2

23. Карбонаты 1,4 Сероватые округлые и ромбовидные зерна

24. Арагонит 0,2

25. Апатит 0,8 Бесцветные призматические полуокатанные зерна

26. Вермикулит 1,0 Непрозрачные черные зерна

27. Ангидрит 1,7 Бесцветные таблитчатые зерна

28. Лимонит 4,4 Красновато-коричневые округлые и неправильные зерна

29. Фосфаты 0,8 Буроватые, коричневые неправильные зерна

30. Полу- и непрозрачные зерна 16,2 Серые, черные неправильные, округлые зерна различных измененных (пелитизированных минералов (эпидотов, амфиболов и др.))

венного, пустотелых блоков, кровельной черепицы, дренажных труб, кирпича лицевого и терракоты (при условии равномерного окрашивания изделий красящими оксидами).

Исследовалось Золотовское месторождение глины Красноармейского района, и получены следующие результаты (табл.3-6).

В соответствии с ГОСТом [3] глина относится к группе низкодисперсных. Огнеупорность сырья определяли по методике [4]. Средняя температура падения пироскопов (показатель огнеупорности) составила 1180 оС. По классификации [3] глина относится к легкоплавким (показатель огнеупорности менее 1350 оС).

В соответствии с методикой [6] проведены исследования пластических свойств

сырья. Определены величины влажности на границе текучести и на границе раскатывания, и рассчитано число пластичности, его значения составляют: для Старого карьера -7,49, для Нового - 5,11. В соответствии с классификацией [3] сырье относится к мало и умеренно пластичному.

Воздушную усадку определяли по методике [4], и она составляет 8-8,6 %.

Исследуемые пробы глинистого сырья месторождения "Золотовское" в соответствии с полученными экспериментально значениями основных характеристик относятся к легкоплавким (показатель огнеупорности 1220 оС), мало и умеренно пластичным (числа пластичности 5,11 и 7,14). По гранулометрическому составу, по количеству, размеру и виду крупнозернистых включений

проба относится к низкодисперсному сырью, которое рекомендуется [3] для производства кирпича, пустотелых блоков, кро-

вельной черепицы (при условии равномерного окрашивания изделий красящими оксидами).

Таблица 3 Гранулометрический состав глины

Таблица 4 Определение огнеупорности глины

Вид частиц и их размер, мм Содержание в % по объему

глинистые частицы (менее 0,005) 13,62-15,89

пылеватые (0,005 ... 0,05) 64,69-68,56

песчаные (более 0,05) 23,50-28,50

Сорт глины Время, мин Температура, °С

Новый карьер 94 1200-1210

Старый карьер 75 1220

Определение гранулометрического состава глины

Таблица 5

Содержание частиц, % по объему

Пробы глины № опыта песчаные частицы (1-0,05 мм) пылеватые частицы (0,05-0,005 мм) глинистые частицы менее (0,005 мм)

Новый карьер 1 22 62,11

2 25 75 15,89

Среднее значение 23,50 68,56

Старый карьер 1 30 56,38

2 27 73 13,62

Среднее значение 28,50 64,69

Определение пластичности глины

Таблица 6

Влажность Влажность на границе

2 на границе текучести раскатывания и

Пробы глин № опыта Масса влажного образца с бюксой, г, mв Масса сухого образца с бюксой, г, ^ух Масса сухого образца, г W, % Масса, mв Масса, ^ух W, % Число пластичност

л и 1 33,7 30,3 11,9 28,57

л 2 32,6 29,6 10,6 28,30 10 8,1 23,45679 5,11

« 3 т 3 29,1 26,7 8,3 28,92

о Я □ 95,4 86,6 30,8 28,57

л и л 1 30,5 27,7 9 31,11

£ 2 31,6 28,1 9,5 36,84 10 7,9 26,582278 7,49

« 3 & 3 30,4 27,5 8,5 34,12

н О □ 92,5 83,3 27 34,07

Э К О Л О Г И Я

Л ит ер ат у ра

1. Геологический словарь в 2-х томах. - М.: Недра, 1978.

2. ГОСТ 21216.10-93. Метод определения минерального состава; введ. 1995-01-01. - М.: изд-во стандартов, 1995.

3. ГОСТ 9169-75. Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация. - М.: изд-во стандартов, 2001.

4. ГОСТ 21216.11-93. Сырье глинистое. Метод определения огнеупорности легкоплавких глин. - М.: изд-во стандартов, 1995.

5. ГОСТ 21216.9-93. Сырье глинистое. Метод определения спекаемости глин. - М.: изд-во стандартов, 1995.

6. ГОСТ 21216.1-93. Сырье глинистое. Метод определения пластичности. - М.: изд-во стандартов, 1995.

Э К О Л О Г И Я

УДК 551.343 (470.44)

О НЕОБХОДИМОСТИ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО ПОДХОДА ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ АКТИВНЫХ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ САРАТОВА

© 2010 г. С.А. Браташова, А.В. Иванов, Р.А. Сингатулин

Саратовский госуниверситет

В ходе хозяйственного использования территорий, подверженных опасным экзогенным процессам, в первую очередь необходимо оценить ее пораженность, составить прогноз развития, выработать управляющие решения для снижения рисков, впоследствии отследить достоверность разработанного прогноза и принятых мер. Одними из наиболее эффективных и оперативных способов оценки состояния процесса (размеров и степени поражения территории, его активности и оценки возможного ущерба) являются методы дистанционного зондирования, в частности мультиспектральная стереосъемка, для которой могут быть задействованы не только спутниковый, но также более оперативный и информативный WEB-мониторинг особо опасных зон.

Многими исследователями опасных экзогенных процессов отмечались температурные аномалии, сопровождающие оползни.

Оползни Саратовского Поволжья достаточно широко известны из-за масштабов катастроф, сопровождавших их. Достаточно вспомнить катастрофы на Соколовой горе Саратова 1869 г. (пострадали 133 домовладения), 1884 г. (разрушены и повреждены 334 дома). "В 1913 и в 1915 гг. смешениями и подвижками сравнительно меньшего размера в пределах ранее оползших масс было разрушено около 110 домов и 2 завода - чугунолитейный и пивоваренный. В 1927 г. эти оползневые массы были захвачены крупной общей подвижкой - были разрушены и получили крупные повреждения десятки строений" [1]. Широко известны катастрофические оползни у деревни Федоровки Хвалын-ского уезда (1839, 1915 гг.) [1, 2], поселка Увек (1935-1937 гг.) и другие [1, 2, 3].

В работах исследователей XX века помимо размеров и характера оползневых явлений были зафиксированы факты темпера-