Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка строительных композитов с применением отходов производства теплоизоляционных изделий

Сведения об участнике
ФИО
Якунин Владислав Васильевич
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Строительные материалы
Тема
Разработка строительных композитов с применением отходов производства теплоизоляционных изделий
Резюме
Разработка строительных композитов (щелочных, асфальтобетонных, цементных) на основе отходов производства минеральной ваты отличающихся высокими физико механическими свойствами и относительно низкой себестоимостью, отвечающих требованиям нормативно-технической документации.
Ключевые слова
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, ЩЕЛОЧНОЕ ВЯЖУЩЕЕ, ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ, ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ, НАПОЛНИТЕЛЬ, АСФАЛЬТОБЕТОН, ПРОЧНОСТЬ
Цели и задачи
Цель исследований: экспериментально-теоретическое обоснование получения строительных материалов, отличающихся высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, а также относительно низкой себестоимостью, с использованием отходов производства теплоизоляционных изделий.
Поставленные задачи:
1. Выполнить анализ отечественной и зарубежной литературы и имеющийся практический опыт, а также провести патентный поиск в области разработки и применения строительных материалов с использованием отходов производства теплоизоляционных изделий;
2. Разработать технологии получения строительных материалов на битумных, цементных и щелочных вяжущих с применением отходов производства минеральной ваты, а также оптимизировать составы строительных композитов по основным физико-механическим показателям;
3. Изучить особенности влияния отхода от производства минеральной ваты на процессы гидратационного твердения цементного камня и технологические свойства цементных паст и затвердевших композитов;
4. Изучить особенности изменения физико-механических свойств асфальтобетонов в зависимости от количества и зернового состава заполнителей на основе отходов производства теплоизоляционных изделий;
5. Изучить особенности изменения физико-механических свойств строительных композитов на основе щелочных вяжущих с применение отходов от производства минеральной ваты в зависимости количества щелочи и условий твердения;
6. Дать рекомендации по составам цементов, асфальтобетонов и щелочных вяжущих с применение отходов производства минеральной ваты, отвечающих требованиям действующих нормативных документов;
7. Выполнить расчеты и обосновать технико-экономическую эффективность от производства и применения разработанных материалов.

Введение

Только в России ежегодно образуется около 7 млрд. т промышленных отходов, при этом используется лишь 2 млрд. т или 28 %.  На территории нашей страны в отвалах и хранилищах накоплено свыше 100 млрд. т твердых промышленных отходов. Сконцентрированные в отвалах и свалках отходы являются источниками загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферы, почвы и растений. При этом изымаются из хозяйственного оборота сотни тысяч гектаров земель. Между тем, в техногенных отходах сосредоточено огромное количество различных сырьевых материалов. Отходы производства минеральной ваты, так называемые «корольки», составляют от 15 до 30 % мас. от готовой продукции, что составляетпо итогам 2014 года около 5 млн. м3.

 

 

Методы и материалы

Методы исследований: 

1) Математический;

2) Физико-механический;

4) Физико-химический.

Применяемые материалы: 1) Отходы производства минеральной ваты- ООО «Комбинат теплоизоляционных изделий» (г. Саранск).

Химический состав отходов (% масс): Si02 – 47–47,7; А1203 – 9,6–10,1; Fe203 – 2,4–4,2; СаО – 30,9–33,3; MgO – 7,2–8,7.

Насыпная плотность – 950–1600 кг/м3.

Истинная плотность – 2,7 г/см3.

2) Цементное вяжущие- цемент производства ОАО «Мордовцемент» –  Портландцемент ЦЕМ I 42,5 Б ГОСТ 31108-2003. Химический состав используемого цемента:  CaO – 60,33; SiO2 – 23,50;     Al2O3 – 5,40; Fe2O3 – 3,79;    SO3 –          3,47; MgO – 1,30; K2O – 1,100; Na2O – 0,385; TiO2 – 0,234; P2O5 – 0,226; SrO – 0,120; MnO – 0,043; ZnO – 0,029; Cr2O3 – 0,012.

Минералогический состав используемого цемента: 3CaO∙SiO2 – 54,5; 2CaO∙SiO2-β – 20,2; 3CaO∙Al2O3 (куб.) – 1,3; 3CaO∙Al2O3 (орт.) – 5,8; 4CaO∙Al2O3∙Fe2O3 – 11,9; CaSO4∙0,5H2O – 2,3; CaCO3 – 2,8; SiO2 – 1,2.

Насыпная плотность – 1063 кг/м3.

Истинная плотность – 3,05 г/см3.

Удельная поверхность – 3 500 – 3 600 см2/г.

3) Щелочное вяжущее- натр едкий технический (NaOH), отвечающий требованиям ГОСТ Р 55064-2012.

4) Битумное вяжущее.Битум БНД 60/90 производства ОАО «Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез», отвечающий требованиям ГОСТ 22245-90. 

Битумная адгезионная присадка БП «Адгезол №6» соответствующая ТУ 0257-003-99907291-2010

Гранитный щебень производства БЩЗ филиал ООО «Дорисс-Урал» (фракция – 5–20, марка щебня по дробимости М1200, истинная плотность – 2,79 г/см3).

 

 

Описание и обсуждение результатов
  1. Представлен обзор научной литературы в области получения строительных материалов с использованием отходов производства теплоизоляционных изделий.
  2. Методами термического анализа определен фазовый состав отходов производства минеральной ваты.  Установлено незначительное наличие кальцина, а также большой экзотермический эффект в интервале температур 860–970 оС соответствующий муллиту.
  3. Установлено, что для получения вяжущих веществ из отходов минераловатного производства предпочтительнее использование более мелкой фракции (менее 0,63 мм). Методами термического анализа подтверждена возможность использования отходов производства минеральной ваты, затворенных щелочным раствором, в качестве вяжущих материалов.
  4. Наиболее эффективно процесс структурообразования в рассматриваемой системе протекает при соотношении NaOH/отход равном 2/100–3/100. Экспериментально доказано, что оптимальная дисперсность связующего на основе отходов производства минеральной ваты составляет 4500 - 5000 см2/г. Предел прочности при сжатии после пропаривания в данном случае достигает 62–68 МПа соответственно.
  5. Установлены физико-механические свойства цементов, цементных паст и композитов на их основе. Прочность цементного камня, модифицированного 5–10 % от массы цемента отходами, увеличивается к 28 суткам твердения на 5–7 % по сравнению с контрольным составом.
  6. Выявлены особенности фазовых превращений в цементном камне в зависимости от содержания отходов производства минеральной ваты и времени гидратации цементов методом термического анализа. Уменьшение экзотермического эффекта в интервале температур 860–970 оС для состава, модифицированного отходами производства минеральной ваты, соответствующего муллиту, говорит о проявлении у отходов свойств активной минеральной добавки.
  7. Представлены технологические схемы получения цементов, модифицированных отходами производства минеральной ваты в производственных условиях по сухому и мокрому способу.
  8. Проведено исследование физико-механических свойств асфальтобетонов, полученных с применением отходов производства минеральной ваты. Установлено, что увеличение количественного содержания отходов производства минеральной ваты в составе асфальтобетонной смеси (количество минпорошка постоянное и равно 3%) приводит к увеличению количественного содержания битума с 5 % при минимальном количестве отходов до 7 % при максимально возможном количестве.
  9. Выявлен оптимальный состав асфальтобетона, полученный на основе отходов производства минеральной ваты, отвечающий всем требованиям нормативно-технической документации.
  10. Экономическая эффективность от применения разработанных составов может достигнуть: от применения модифицированного цемента – до 236 рублей с 1 т, от применения шлакощелочного вяжущего – до 650 рублей с 1 т, от применения асфальтобетона – до 471 рублей с 1 м3.
Используемые источники
1. Агеева Е.Н., Веревская Е.А. Отходы Херсонского целлюлозно-бумажного комбината – эффективная добавка в асфальтобетон. // Строит. материалы и конструкции. – 1988. – №3. С.16 - 21.
2. Ахназарова С. Л. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии : Учеб. пособие для студ. хим.-технол. вузов // С. Л. Ахназарова, В. В. Кафаров. – М. : Высш. шк., 1978. – 319 с.

3. Богатов А. Д. Безавтоклавные композиты на основе боя стекла : дис. Канд. Техн. Наук. - Саранск. : МГУ им. Н.П.Огарева, 1999.- 55 с.
4. Вдовина Е. В. Получение керамического кирпича на основе бейделлитовой глины и отходов минеральной ваты : дис. …к.т.н. –Самара. : АМОУ ВПО «Самарская академия государственного и муниципального управления», 2011. -166 с.

Information about the project
Surname Name
Yakunin Vladislav
Project title
Development of building composites using waste production of insulation products
Summary of the project
Development of building composites (alkaline, asphalt, cement) on the basis of wastes of production of mineral wool characterized by high physical and mechanical properties and relatively low cost, meets the requirements of normative-technical documentation.
Keywords
COMPOSITE MATERIAL, ALKALINE BINDER, PORTLAND CEMENT, WASTES FROM THE PRODUCTION OF MINERAL WOOL, FILLER, ASPHALT CONCRETE, DURABILITY