И.В.Огородник канд. техн. наук,

ОСОБЕННОСТИ ГЛИН КИЕВСКОЙ ОБЛАСТИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ

Эффективность использования керамического кирпича при строительстве зданий и сооружений очевидна. Применение лицевого керамического кирпича в строительстве позволяет существенно повысить долговечность зданий и их архитектурно-художественную выразительность.
С учетом роста объемов жилищного строительства потребность Киева в керамическом кирпиче постоянно растет. Так потребность в лицевом керамическом кирпиче при объемах строительства 6-7 млн. кв. метров составляет 300 млн. шт. усл. кирпича.
Учитывая интенсивное развитие Киевского строительного комплекса и как следствие расположение г. Киева в выгодном инвестиционном поле представляет значительный интерес рассмотрение вопросов организации конкурентоспособного производства строительной керамики в г. Киеве и Киевской области.
Керамический кирпич является крупнотоннажной продукцией, перевозка которой на большое расстояние оказывает существенное влияние на ее стоимость. Фактор географического расположения производства-производителя керамического кирпича существенно влияет на формирование розничной цены.

Как известно, первостепенное значение для организации производства той или иной продукции строительной керамики имеет существующая сырьевая база.
Изучению сырьевой базы Киевской области и посвящена наша работа.
В геологическом строении Киевской области принимают участие докембрийские кристаллические породы, которые перекрываются осадочными отложениями третичной и четвертичной систем, к которым приурочены месторождения кирпичных глин.
Четвертичная геологическая система представлена лессом, мореными суглинками, водоледниковыми суглинками и песками. Третичная - пестрыми глинами; палеоген представлен мергелистыми голубовато-серыми (спондиловыми) глинами.
Четвертичные отложения имеют в Киевской области повсеместное распространение. Мореные или валунные суглинки образовались в результате непосредственной деятельности ледника, и покрывают частично северную часть Киевской области.
Использование валунных суглинков ограниченно. Они утверждены в ТКЗ в качестве сырья для производства керамического кирпича на таких месторождениях как Млачевское, Приборское и Сквирское.
Водноледниковые суглинки образовались в результате действия ледниковых вод; они распространены южнее границы распространения мореных суглинков. Разведанными месторождениями суглинков данного типа являются: Фастовское, Войковское, Залесское и другие.
Отличительной особенностью мореных суглинков является изменчивость гранулометрического состава и значительная засоренность крупнозернистыми каменистыми включениями. Количество включений колеблется от 1 до10 %, их размер доходит до 12-20 мм.
В гранулометрическом составе суглинков наиболее изменчиво содержание песчаной фракции (от 42-70 %). Соответственно меняется количество пылеватой фракции (от 20 до 45 %) и в меньшей степени глинистой (8-15 %). За счет изменения содержания песка гранулометрический состав суглинков часто меняется даже в пределах одного месторождения как по глубине, так и по протяженности.
По химическому составу суглинки характеризуются высоким содержанием кремнезема (75-85 %) и низким содержанием глинозема (5-9 %). В незначительном количестве содержатся оксиды железа (2-4 %) и оксид кальция (1-3 %).
В глинистой фракции мореных суглинков преобладают минералы монтмориллонита или гидрослюды.
Мореные суглинки относятся к низкопластичному (число пластичности 3-6), нечувствительному к сушке сырью. Образцы полученные на основе мореных суглинков характеризуются незначительной воздушной (не более 5 %), огневой усадкой и низкой механической прочностью.
По сравнению с мореными, водноледниковые суглинки более глинистые в них отсутствуют крупные включения в виде валунов и гальки.
Гранулометрический состав водноледниковых суглинков также меняется в значительных пределах за счет изменения содержания песчаной фракции. Количество песчаной фракции колеблется в очень широких пределах от 1 до 30 %, пылеватой от 50 до 80 % и глинистой от 11 до 28 %.
В соответствии с гранулометрическим составом сильно изменяется и химический состав суглинков: содержание кремнезема колеблется в пределах 60-85 %; глинозема 6-11 %, оксиды железа -2-4 %; оксид кальция от 1 до 7 %.
Число пластичности водноледниковых суглинков колеблется от 4 до 7. Соответственно меняется величина воздушной усадки от 3 до 8 %; огневая усадка менее 1 %.
Распространение лессовых пород почти повсеместно. Цвет лессов палево-желтый, серовато-желтый, желтый. Лессовые породы утверждены в качестве сырья для производства кирпича на Белоцерковском, Войковском, Сквирском, Ромашковском, Пироговском и других месторождениях.
В Киевской области распространение имеют лессы северного типа характеризующиеся тем, что пылеватая фракция состоит из мономинеральных частиц в отличие от лессов южного типа, в которых значительная часть представлена агрегатами глинистых частиц.
Гранулометрический состав лессов следующий: фракция более 0,25 мм - 0-1 %; 0,25-0,05мм - 2-20 %; 0,05-0,01 мм - 50-75 %; 0,01-0,005мм - 3-15 %; менее 0,005мм - 9-20 %. Число пластичности лессов от 2 до 9.
По химическому составу лессы содержат кремнезем 68-81 %, глинозем 4-9%, оксиды железа 2-5 %, оксиды кальция 3-8 %. Глинистая фракция преимущественно гидрослюдистая.
Практически все месторождения глин по Киевской области утверждены в качестве сырья для производства керамического кирпича и керамических эффективных пустотелых камней.
В подошве четвертичных отложений залегают "пестрые” и "бурые” глины. В пределах территории Киевской области "пестрые глины” залегают не повсеместно, а только на возвышенных участках, где они сохранились от размыва.
Свое наименование - "пестрые”, глины получили из-за пестрой окраски: желтого, красно-бурого, зеленоватого, серого разных оттенков и даже черного цвета. Мощность залегания пестрых глин от 3 до 10 м.
В Киевской области на левобережье Днепра "пестрые глины” размыты. На Правобережье "пестрые глины” распространены к Западу от правого высокого берега Днепра между Киевом и Кременчугом.
Наиболее ценными в промышленном отношении являются месторождения пестрых глин в окрестностях г. Киева: Совки, Шахровское, Васильковское, Вышгородское.
Вещественный состав и технологические свойства пестрых глин вполне отвечают их названию, так как очень переменчивы. Число пластичности глин колеблется от 6-7 до 30 и выше.
В толще глин достаточно четко можно выделить только нижний слой серых и светло-серых глин, залегающих непосредственно на белых мелкозернистых песках полтавского яруса. Глины этого горизонта огнеупорны. Огнеупорность составляет 1710 оС. Минералогический состав преимущественно каолиновый.
Огнеупорность верхних горизонтов составляет 1300-1480 °С. Минералогический состав глинистой фракции верхних горизонтов преимущественно монтмориллонитовый.
Гранулометрический состав пестрых глин изменяется в широких пределах: песчаная фракция 2-33 %, пылеватая 30-65 %, глинистая 30-50 %. Значительно колеблется и химический состав: кремнезема 55-80 %, глинозем 8-14 %, оксиды железа 3-5 %, оксиды кальция 1-5 %.
Пестрые глины характеризуются повышенной адгезией к металлу и склонны к образованию свили при формовке на ленточных прессах.
Воздушная усадка глин, как и их состав, колеблется в широких пределах от 6 до 12 %, глины очень чувствительны к сушке. Огневая усадка глины доходит до 3 %. Пестрая глина является спекающимся сырьем.
С использованием пестрых глин Киевской области возможно получение высококачественных архитектурно-отделочных керамических изделий таких как  керамический клинкер для облицовки фасадов и мощения дорог.
Среди глинистого сырья Киевской области значительное место занимают мергелистые глины приуроченные к нижнетретичным отложениям Киевского яруса, известные в литературе под названием "спондиловые глины”, так как в них содержатся спинулы губок "spondylus Bucki”. Эти глины представляют собой плотную высокодисперсную породу зеленовато-голубоватого цвета, содержащую значительное количество тонкодисперсного кальцита. Полностью мергелистая глина обнажается на правом крутом берегу Днепра начиная от с. Старые Петровцы и далее вниз по течению за пределы области.
По геологическим признакам глины Киевского яруса можно разделить на два явно выраженных горизонта. Первый представляет собой так называемый "наглинок” - малокарбонатную алевролитовую глину. Мощность этого горизонта составляет 1-8 м. Второй горизонт представляет собой всю толщу мергелистой глины. Средняя мощность ее равна 20-25 м.
Наиболее крупные месторождения мергелистых глин следующие: Мостыщенское, Пироговское, Креничанское, Стайковское, Забучьевское, Погребское, Кузменецкое.
По минералогическому составу мергельная (спондиловая) глина является полиминеральным сырьем. Глинистая составляющая представлена смешанно-слойными минералами монтмориллонит-гидрослюдистого типа (34,2-38,0 %), кроме этого присутствует кварц (21,0-39 %), кальцит (18,6-40,1 %), слюда (3,4-3,7 %), глауконит (0,3-1,1 %), пирит (0,6-0,9 %) и полевой шпат (0,4-0,8 %).
Петрографическими исследованиями установлено, что наглинок представляет собой кварцево-серицитовый суглинок. Кварц - в виде округло-угловатых зерен размером от 0,01 до 0,2 мм и серицит - в виде чешуек и узкопризматических пластинок. Реже встречается биотит, переходящий в хлорит и зерна полевых шпатов (плагиоклаза и микроклина). В большом количестве содержится глауконит.
Химический состав спондиловых глин и наглинка приведен в таблице 1. Очевидно, что спондиловые глины характеризуются высоким содержанием оксидов кальция, оксидов серы и потерь при прокаливании.
Из-за высокого содержания оксида кальция мергельные глины легкоплавки и практически не имеют интервала спекания. Огнеупорность их составляет 1120-1160 оС.
В зависимости от запесоченности число пластичности мергельных глин меняется от 15 до 23, редко выходя за эти пределы.
Воздушная усадка мергельных глин порядка 8 %, огневая доходит до 2 %. К сушке они среднечувствительны.
Высокая карбонатность глин и практическое отсутствие интервала спекания создает определенные трудности при обжиге кирпича и требует очень точного соблюдения режимов обжига, что является одной из основных причин применения мергельных глин в шихте с некарбонатными добавками (песком, наглинком), залегающих в одних и тех же месторождениях.
Наглинок значительно отличается по керамико-технологическим свойствам от мергельной глины. Содержание оксидов кальция не превышает 6 %. Число пластичности 6-12. Огнеупорность 1140-1180 оС. Воздушная усадка около 7 %. К сушке наглинок довольно чувствителен.

Таблица 1.
Химический состав мергельной глины и наглинка Киевской обл.

Для производства кирпича наглинок применяется только со спондиловыми глинами.
В результате анализа свойств глин Киевского региона установлено, что глины спондиловые, халепские, стайковские традиционные для Киевской области характеризуются высоким содержанием водорастворимых солей (от 17до 36мг/100г. глины.).

Таблица 2
Содержание водорастворимых солей в глинистом сырье Халепского и Стайковского месторождения

Получение архитектурно-отделочной лицевой керамики на основе мергельных глин Киевской области связано с необходимостью разработки составов масс обеспечивающих достаточную степень спекания и нейтрализацией действия водорастворимых солей и карбонатных включений, что экономически неэффективно.
В свою очередь, особенности химико-минералогического состава спондиловых глин позволяют получать на их основе конструкционно-теплоизоляционный материал известный в мире под названием "Поротерм”, отсутствующий сегодня на строительном рынке Украины. Данные изделия характеризуются низкой теплопроводностью порядка 0,26 Вт\ (м К) при прочности на сжатие 10 МПа и более.