Использование промышленных отходов в технологии производства легкого бетона

Исследования касались возможности получения безобжигового зольного гравия на основе процессов взаимодействия золы-унос Кузбасских ТЭС с жидким стеклом и хлористым кальцием, в ходе которого формируется нерастворимый водой гель твёрдой кремниевой кислоты, а также оксихлориды кальция, обладающие достаточной водо- и атмосферостойкостью.

В ходе опытной отработки технологии грануляции безобжигового зольного гравия на жидком стекле было признано необходимым смешивать золу-унос сразу со всем расчётным объёмом жидкого стекла и воды затворения.

В процессе грануляции смесь окатывается в зольный гравий размером 10-40 мм, пропитывается хлоридом кальция (СаCl2), в качестве отвердителя в течении 12 часов при температуре 200С и сушится (12ч при t=600C). После тепловой обработки прочность безобжигового зольного гравия составляет 0,6-0,8 МПа, что обеспечивает её транспортирование складирование и последующий рост (в 28 дневном возрасте) до значений R28=(1,3-1,4)Rуск.

В ходе исследований разработаны составы лёгкого бетона на зольном гравии. Прочностные характеристики  лёгкого бетона на зольном безобжиговом бесклинкерном гравии оценивались по пределу прочности на сжатие образцов-кубов после пропаривания при температуре 85оС и через 28 суток нормального хранения после пропаривания .Одновременно оценивалась средняя плотность таких образцов. Составы различных видов бетона на зольном бесклинкерном гравии и их характеристики представлены  в таблице 3.2

Исследованиями установлено, что увеличение расхода цемента М 400 не ведет к существенному росту прочности, поэтому оптимальный расход следует принять 200 кг/м3. Различный расход мелкого заполнителя (золошлаковой смеси) не значительно влияет на прочностные характеристики бетона. Уменьшение расхода зольного гравия до 900 кг/м3 приводит к росту прочности бетона через 28 суток после пропаривания  и составляет 19,6 МПа со средней плотностью 1600 кг/м3.

  Таблица 3.2 – Прочность и средняя плотность бетона на   зольном бесклинкерном гравии

Составы различных видов бетона на зольном клинкерном гравии назначались с различным расходом цемента М300 (200 – 400 кг/м3) и их прочностные характеристики представлены в таблице 3.3

  Было установлено, что с ростом расхода цемента прочность легкого бетона увеличивается с 3 до 6, 2 МПа, при изменении его средней плотности с 1230 до 1375 кг/м3. Оптимальный расход цемента М300 следует принять 300 кг/м3. Такие бетоны в климатических условиях Кузбасса с прочностью 5,3 МПа и со средней плотностью 1300 кг/м3 обладают достаточной конструктивной теплотехнической способностью для использования в монолитном домостроении.

Таблица 3.3 – Прочность и средняя плотность бетона на зольном клинкерном гравии

   Отличительной чертой безобжиговых заполнителей, является их высокое водопоглащение, определяющее их работу в бетоне. Результаты исследования показали, что водопоглащение бетона на безобжиговом зольном гравии выше, чем у бетонов на керамзите и обжиговом зольном гравии. Поэтому влажность сборных элементов из лёгкого бетона на зольном гравии не должна превышать 12%, как требуют нормы, а монолитные стеновые конструкции должны быть защищены штукатуркой от атмосферного воздействия.

   Бетоны на безобжиговом зольном гравии характеризуются высокой морозостойкостью. Исследованные составы лёгкого бетона показали, что они могут использоваться для наружных стен зданий I и II класса по степени ответственности в климатических условиях Кузбасса, а также и в других регионах /4/.

   Ученым В.Ф. Хританковым исследована возможность использования в качестве заполнителей торф или растительное сырье. Так, для производства легкого бетона с плотностью до 550 кг/куб. м и коэффициентом теплопроводности менее 0.2-0.3 Вт/(м*оС) нужно ввести в его состав не менее 60% торфа или растительного сырья.  Гранулы торфа и других дисперсных волокнистых материалов растительного происхождения должны быть плотностью не более 300 кг/куб м. и прочностью при сжатии не менее 1,5-2 МПа.
   Однако, применение торфа и других заполнителей имеет другую проблему – выделение из заполнителей различных веществ, ухудшающих свойства бетона. Для решения этой проблемы технологией предусмотрено нанесение на поверхность гранул органического заполнителя гипсоизвестковой композиции при соотношении гипса и извести в соотношении (по массе) 90-75:10-25 либо полимерсиликатную композицию в соотношении натриевого жидкого стекла и ПВА в соотношении(помассе)60-75:25-40.
   Применение такого покрытия снижает водоцементное отношение на первом этапе твердения за счет водопоглощения крупного заполнителя. Затем за счет набухания гранул создается избыточное давление, которое уплотняет цементный камень. Так же за счет использования гипсоизвесткового покрытия обеспечивается упрочнение структуры бетона, увеличение микротвердости цементного камня  в зоне его контакта с гранулами торфа.

   Полимерсиликатная композиция консервирует гранулы и снижает отрицательное влияние редуцирующих веществ на свойства легкого бетона.

   Для повышения качества композиционных материалов в их состав целесообразно ввести дисперсные микроармирующие кальцийсодержащие добавки, такие как волластонит и диопсид взамен 20-40% цемента. Это обеспечивает упрочнение структуры, повышение механической прочности и водостойкости бетона. Подобное действие добавок объясняется действием адсорбционного энергетического поля, возникающего при формировании органоминерального композита и микроармированием цементного камня.
   Путем экспериментов установлено, что стены зданий,   изготовленные из легкого бетона на основе гранулированных торфяных и других органических заполнителях теплее обычных легкобетонных стен в среднем на 5-5,5 О С, а влажность материалов на внутренней стороне ниже в 1,4-2 раза. При равной толщине стен термическое сопротивление таких зданий в 1,8-2,1 раза больше, а шумозащита в 2-3 раза /6/. 

  3.3 Выводы по результатам патентного поиска и обзора технической литературы

   На основании изученного материала можно сделать выводы о том, что современные ученые уделяют особое внимание переработки промышленных отходов в производстве строительных материалов.

   Изучив, обзор технической литературы по результатам патентного поиска можно сделать вывод, что современные технологии переработки неоднородных городских бытовых отходов предусматривают извлечение из них ряда полезных веществ и предварительную термическую обработку. В результате получают спекшиеся остатки, пригодные в качестве заполнителей для бетонов. Для разнообразных по назначению и свойствам бетонов могут оказаться пригодными различные отходы или продукты их переработки.

   По результатам патентного поиска, на мой взгляд, наиболее перспективными исследованиями являются:

   - Мавлютович Р.М. (утилизация отходов производства керамзитобетона, снижение стоимости легкобетонной смеси и повышение прочности керамзитобетона при неизменном расходе цемента за счет использования в качестве крупного  и

мелкого заполнителя дробленого отхода производства керамзитобетона).

   - Галимова Г.А. (Способ заключается в использовании отхода упаковочной резины в качестве инертного заполнителя для производства конструкционных теплоизоляционных строительных материалов и легких бетонов).

   На основании обзора технической литературы можно сделать вывод, что в производстве легких бетонов в качестве промышленных отходов можно использовать: золы и золошлаковые смеси ТЭС, отходы поливинилхлоридов, отходы упаковочной резины.

  4 Охрана окружающей среды

   Особое внимание уделяется охране окружающей среды. Следует подчеркнуть, что в решении многоаспектной и сложной проблемы защиты окружающей среды от выбрасываемых отходов решающая роль может принадлежать строителям, имеющим возможность их использовать, причем главным образом в качестве заполнителей для бетона. Потребность в заполнителях огромна и соизмерима с объемом имеющихся отходов. Для разнообразных по назначению и свойствам бетонов могут оказаться пригодными различные отходы или продукты их переработки. Даже неоднородные городские бытовые отходы после извлечения из них ряда ценных веществ и термической обработки дают спекшиеся остатки, вполне пригодные в качестве заполнителей для бетонов определенного назначения.

  Одним из важней­ших направлений ресурсосберегающей деятельнос­ти является эффективное использование отходов производства. Необходимость утилизации и переработки отходов производства не только позволяет использовать вторичное сырье с целью ресурсосбережения для  окружающей среды, но с точки зрения экономической выгоды, когда отходы являются дешевым сырьем.

              СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Баженов Ю.М. Технология бетона/ Ю.М.Баженов.-М.: Высш.шк.,1978-313 с.

2. Долгорев А.В. Вторичные сырьевые ресурсы в производстве  

строительных материалов: Физико-химический анализ: Справ.  

пособие.- М.: Стройиздат, 1990. - С.67-69.

3. Ложкин В.П., автореферат диссертации на соискание ученой степени «Керамзитобетоны , модифицированные вторичным поливинилхлоридом»: - М., 1993. - 21 с.

4. Гилязидинова Н.В., Санталова Т.Н., Рудковская Н.Ю. Получение легких заполнителей для бетонов на основе золы-унос ТЭС / Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2010. - N 2, спец. вып. - С.123-127.

5. Пулатов З., Искандарова М., Ганиев Х. Ресурсосберегающая технология комплексного использования золоотходов при производстве легкого бетона /Композиционные материалы / Ташкент. - 2010. - N 3(40). -  Библиогр.: 2 назв. - С.36-39.

6. Пичугин А.П. Применение торфа в строительстве / А.П.Пичугин, В.Ф. Хританков. - Новосибирск: НГАУ, 2001. - 101 с.