Эффективность использования отходов бетона и железобетона с минеральными добавками в комплексе с суперпластификаторами
С каждым годом все большую актуальность приобретают методы использования отходов в строительстве, в частности — использование вторичного щебня из дробленого бетонного лома.
Производство строительных материалов характеризуется большим разнообразием различных выбросов в атмосферу как по объему, так и по составу. Основными источниками загрязнения воздуха являются цементные, асбестоцементные, известковые и химорганические производства, предприятия по производству кровельно-изоляционных материалов, керамзитобетонные заводы и др [1].
Вторая половина XX в. во всех странах мира характеризовалась высокими темпами развития строительной индустрии. Например, производство цемента увеличилось более чем в 10 раз. В процессе производства каждая тонна цемента образует до200 кгпыли. С поступающими в атмосферу газами улетучиваются и другие вредные вещества — оксиды серы, азота и углерода, а также углеводороды. Объемы выбросов оксидов серы зависят от содержания серы в сырье и топливе, в удельном выражении на 1 т продукции в среднем приходится: при производстве цемента —16 кг, извести —9 кг, строительного гипса —2 кг, сантехнического оборудования — 3–8 кг. В целом по отрасли показатель вредных веществ составляет 93,5%.
Интенсивное использование человеком природных ресурсов, вовлечение в переработку громадных объемов горной массы, воды и воздуха — всё это нарушает экологическое равновесие в природе и сопровождается непрерывным ростом отходов. На удаление отходов производство затрачивает в среднем 8–10% от стоимости производимой продукции.
Из отраслей-потребителей промышленных отходов наиболее емкой является промышленность строительных материалов, где удельный вес сырья достигает 50%. Она позволяет использовать большое количество отходов, многие из которых по своему составу и свойствам близки к природному сырью.
Как правило, переработка отходов (особенно — техногенных) в сырье для строительных материалов дешевле, чем природных материалов. Впрочем, это не всегда так. Переработка строительных отходов, образующихся при сносе морально и физически изношенных зданий и сооружений, дороже, чем изготовление щебня из горных пород. Это, как известно, связано с необходимостью подготовки конструкции, использованием более мощного и дорогостоящего оборудования, извлечением арматуры и других «примесей». Однако при учете затрат, связанных с утилизацией строительных отходов (транспортные расходы, затраты на захоронения, экологический ущерб от загрязнения земель, относительный экологический ущерб от выбросов вредных веществ при транспортных перевозках), оказывается, что вторичный щебень на 15–20% дешевле природного. К тому же использование вторичного щебня в дорожных работах в качестве подстилающего материала доказало его эффективность. Себестоимость переработки и качества вторичного щебня зависит от способа сноса зданий и сооружений (слом, взрыв, демонтаж), от вида дробильных установок (шнековая, роторная, вальковая и т. д.), от отдельности сортировки материала перед дроблением и некоторых других трудно учитываемых факторов.
Щебень из дробленого бетона содержит значительное количество растворной составляющей, кроме того, контактная зона между исходным зерном щебня и раствором, являющаяся наименее прочным и наиболее пористым звеном в бетоне, значительно снижает физико-механические показатели дробленого щебня: F Мрз — с 200 до 15 циклов, дробимость — с 12 до 24.
К тому же на вторичном щебне получают бетоны с прочностью более 200 кг/см2 и морозостойкостью выше 125 циклов. Это можно объяснить тем, что действующие методики и критерии оценки для природного щебня не пригодны для оценки качества щебня из дробленого бетона — ее следует проводить косвенным методом: по физико-механическим свойствам бетона, изготовленного на вторичном щебне.
Необходима также разработка специальных нормативных документов, учитывающая специфические свойства щебня. Пока же специальные требования по морозостойкости к вторичному щебню могут не предъявляться. Сейчас модно добавлять в технологические процессы изготовления бетона, кирпича, железобетона и кровельных изделий отходы металлургической и химической секторов индустрии, причем в немалых количествах. Так, тонкодисперсные минеральные добавки (зола-унос, доменные гранулированные шлаки), введенные в оптимальном количестве, значительно повышают прочность бетона за счет улучшения структуры и увеличения его плотности.
С одной стороны, использование техногенных отходов — это хорошо: оно способствует решению экологических проблем и созданию безотходных производств, обеспечивает промышленные предприятия дешевым сырьем, упрощает и интенсифицирует технологические процессы. Но с другой стороны, применение техногенных отходов опасно, если оно происходит с нарушением экологических требований. Таких фактов довольно много, особенно — в производстве отделочных полимерных материалов.
Полимеры, как известно, в процессе деструкции превращаются в мономеры, которые зачастую токсичны. Нередко выделяются стирол, бензол и другие вредные вещества. Они опасны тем, что являются сильными раздражителями для глаз и органов дыхания.
Проблема нанесения вреда экологии существует не только на стадии производства строительных материалов, но и на стадии утилизации отходов. Проблема утилизации строительных отходов остро стоит во всем цивилизованном мире. По данным международной организации RILEM, в странах ЕС, США и Японии ежегодный объем только бетонного лома составляет более 360 млн тонн.
В составе жилого фонда Российской Федерации находится около 260 млн м2 в форме пятиэтажных панельных домов первых серий массового домостроения. В Москве числятся панельные дома общей площадью около 36 млн м2, мнигие из которых были возведены из вибропрокатных и других панелей (дома серий К-7, II-32, II-35). Они физически и морально устарели и подлежат сносу. Только в2012 г был запланирован демонтаж пятиэтажных домов сносимых серий площадью около 672 тыс. кв. м.
В настоящее время в Москве ежегодно образуется 1,5 млн т строительных отходов, из них только 70–80 тыс. т перерабатывается в щебень, остальное вывозится на полигоны либо скапливается на десятках несанкционированных свалок.
Целесообразность переработки бетона и железобетона от сносимых зданий и получение вторичного щебня экономически оправдана. При использовании отходов продукция становится дешевле, потому что, во-первых, нет затрат на транспортировку и складирование отходов, во-вторых, отходы, используемые в производстве, являются сырьем дешевым сырьем, а также сырьем, экономящим природные ресурсы. Земельные площади высвобождаются, потому что отходы не вывозятся на свалк. Как следствие всего перечисленного — улучшение экологической ситуации.
По сведениям иностранных источников, энергозатраты при добыче природного щебня в 8 раз выше, чем при получении щебня из бетона, а себестоимость бетона, приготовляемого на вторичном щебне, снижается на 25%.
В результате использования вторичного сырья можно на 15–30% сократить объемы ввозимых заполнителей для бетона [2]. Наибольшим спросом пользуются фракции щебня 10–20 и 20–40 мм, которые применяются для отсыпки и благоустройства (ЗАО СУ-155, г. Москва), а также в производстве низкомарочных бетонов (ЗАО «Москирпич» г. Москва).
На основе обобщения отечественных и зарубежных достижений решением проблемы утилизации и переработки техногенных отходов может стать создание комплексной системы управления рациональным использованием материальных ресурсов. Ее цель — постоянное развитие ресурсосберегающих методов хозяйствования. Составная часть этой системы — комплексная система управления рациональным использованием вторичного сырья, включающего бетонные отходы.
При дроблении бетонного и железобетонного лома получается щебень, каждое зерно которого состоит из крупного природного заполнителя, окруженного цементно-песчаным раствором [3]. Был исследован вторичный щебень, полученный путем дробления лома железобетонных панелей снесенных пятиэтажек. Как видно из диаграмм (рис. 1), в мелкой фракции вторичного щебня мало крупного первичного заполнителя, в то время как фракции 10–20 и 20–40 мм приблизительно равны по соотношению заполнителей и вяжущего. Также видно, что растворной части бетона в таком щебне находится больше половины [4].
Рис. 1. Соотношение исходных материалов во вторичном щебне
Если проследить нарастание прочности бетона на вторичном щебне в течение времени (рис. 2), то видно, что изначально менее прочный на ранних стадиях бетон (1) со временем не уступает бетону на природном заполнителе(2), а бетон (3) с добавкой С-3 показывает и вовсе превосходные результаты.
Рис. 2. Нарастание прочности бетонов при естественном твердении: 1 — бетон на вторичном щебне из дробленого бетона; 2 — бетон на природном щебне; 3 — бетон на вторичном щебне из дробленого бетона с использованием добавки С-3. Класс бетонов — B22,5 (М 300)
Изучая физико-механические свойства полученных бетонов на вторичном щебне, пришли к выводу, что полученные бетоны не уступают свойствам обычных тяжелых бетонов на природном щебне [5].
В этих бетонах достигнута марка по морозостойкости F225, при этом марка по морозостойкости вторичного щебня намного ниже марки по морозостойкости природного щебня. Достигнуты высокие показатели при расчете коэффициента Пуассона (0,2). Полученный бетон показал высокие результаты по сцеплению арматуры с бетоном (13 МПа).
Если взять экономическую сторону вопроса, о которой говорили в начале, то бетон из вторичного щебня действительно дешевле (в 1,35 раза), чем бетон на природном заполнителе.
Оценку качества строительных материалов из промышленных отходов проводят, в основном, по действующим методикам с учетом МУ 2.1.674-97. Однако во многих случаях без специальных исследований оценивать качество материалов невозможно, что резко сужает область их использования и не дает возможность шире вовлекать в экономику огромное количество промышленных отходов.
На основании исследований были проведены внедрения в производство. В 2007 г. на Хорошевском заводе ЖБИ «ДСК-1» было выпущено 50 м2 железобетонных поддонов для санитарно-технических кабин, а на
Ростокинском заводе ЖБК «ДСК-1» — 100м2 железобетонных плит для внутренних стен. Все изделия прошли контроль качества и были отправлены на строительные объекты для монтажа дома серии П44-ТМ.
А. А. Кальгин, д. т. н., профессор, первый проректор МГАКХиС, член-корреспондент РААСН;
М. А. Фахратов, д. т. н., профессор,
В. И. Сохряков, доц.,
А. А. Белов, инженер.
Кафедра технологии вяжущих материалов и бетонов МГАКХиС.
Литература
1. ГОСТ 25 916-83 «Ресурсы материальные вторичные. Термины и определения».
2. Кикава О. Ш., Соломин И. А. «Переработка строительных отходов». М., 2000 г.
3. Баженов Ю. М. «Способ определения составов бетонов различных видов». М.,1975 г.
4. Кальгин А. А., Фахратов М. А. «Эффективность использования дробленого бетона в производстве бетонных и железобетонных изделий». // CPI — «Международное бетонное производство», № 5,2007 г.
5. Кальгин А. А., Фахратов М. А., Кикава О. Ш., Баев В. В. «Промышленные отходы в производстве строительных материалов». М., 2002 г.
| Автор: А. А. Кальгин, М. А. Фахратов Дата: 18.05.2012 Журнал Стройпрофиль 97 Рубрика: бетоны и жби: технологии, оборудование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |