Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и внедрение в производство экологически безопасных бетонов на основе применения хризотилцементных отходов.

Сведения об участнике
ФИО
Егорова Лада Владиславовна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Производственные технологии
Тема
Разработка и внедрение в производство экологически безопасных бетонов на основе применения хризотилцементных отходов.
Резюме
Процесс строительства и производства строительных материалов характеризуется большим объемом отходов. Предлагается использовать сухие хризотилцементные отходы (ХЦО) в качестве вторичного заполнителя для бетонов и на основе разработанных составов и определенных свойств тяжелых бетонов с применением ХЦО внедрить данную технологию в производство фундаментных стеновых блоков. В результате исследований подтверждена возможность применения ХЦ щебня и отсева дробления в качестве вторичного крупного и мелкого заполнителя для бетонов надлежащего качества без увеличения стоимости изделий. Доказана экологическая безопасность изделий. Предложено направление реализации исследования
Ключевые слова
Производство строительных материалов, вторичный заполнитель, хризотилцементные отходы, утилизация, ресурсосбережение, тяжелый бетон.
Цели и задачи
Цель данной научно-исследовательской работы – на основании разработанных составов и определенных свойств тяжелых бетонов с применением хризотилцементных отходов (боя хризотилцементных изделий, пыли от их дробления) внедрить данную технологию в производство фундаментных стеновых блоков.
Были поставлены следующие задачи:
1. Получить материалы для исследования: бой хризотил цементных листов, отсев от их дробления. Изучить их физико-механические, прочностные и эксплуатационные характеристики.
2. Разработать составы бетонов с различной долей содержания в них хризотилцементных заполнителей с учётом особенностей физико-механических свойств полученных вторичных заполнителей.
3. Изготовить и испытать экспериментальные образцы бетона.
4. Изучить опыт исследования отечественных и зарубежных учёных по вопросам безопасности использования хризотилцементных изделий.
5. Провести экологическую оценку полученного материала и технологии в целом. Охарактеризовать взаимодействие асбестового волокна с цементной матрицей и проверить радиологическую активность хризотилцементной пыли.
6. Определить степень влияния агрессивных грунтовых сред на эмиссию волокна хризотиласбеста из бетона при многократном замораживании-оттаивании.
7. Обосновать возможность использования хризотилцементных отходов в качестве вторичного сырья для тяжелых бетонов различной прочности и назначения.
8. Оценить экономическую целесообразность применения технологии.
9. Определить основные направления по реализации исследования.
10. Реализовать следующий план внедрения технологии в строительное производство.
1) Оценка объемов ХЦО на конкретном полигоне строительных отходов или отвале при заводе ХЦИ.
2) Заключение соглашения с компаниями, производящими демонтаж зданий, о транспортировании хризотилцементного лома.
3) Дробление, фракционирование и сортировка полученного боя и мелкого отсева с помощью стандартного дробильно-сортировочного оборудования с системой аспирации для улавливания ХЦ пыли.
4) Создание производственной линии и сертификация продукции.
5) Внедрение продукции на рынок: взаимодействие с компаниями занимающихся строительством малоэтажного домостроения, легких стальных конструкций, складов, малоэтажных общественных зданий.
Введение

Строительство – это материалоемкая отрасль, характеризующаяся большим объемом отходов, в частности хризотилцементных отходов (ХЦО), полученных как при производстве, так и при захоронении отслуживших свой срок хризотилцементных изделий (ХЦИ): волнистых и плоских листов, хризотилцементных труб. Анализ существующих способов утилизации ХЦО, характеризующихся высокой энергоёмкостью и стоимостью, ставит под вопрос рациональность таких технологий. Чем ближе путь от отходов к готовому продукту, тем эффективнее проявляет себя технология. В связи с этим предлагаем использовать сухие ХЦО в качестве вторичного заполнителя для бетона, широкий спектр свойств и обширная область применения которого позволяет экспериментировать с его составом.

Методы и материалы

Из боя ХЦ плоских листов получен вторичный щебень и его прочностные и эксплуатационные характеристики. Попутным продуктом при дроблении ХЦ щебня стала ХЦ пыль. Анализ графика зернового состава отсева показал возможность его применения в качестве вторичного мелкого заполнителя. Рентгенофазовый анализ выявил наличие клинкерных минералов. Испытание на прочность образцов, изготовленных из затворённого водой отсева, показало проявление пылью вяжущих свойств.

Расчет состава бетона выполнялся с учётом повышенной водопотребности вторичных заполнителей. Базовый состав бетона с крупным ХЦ заполнителем рассчитан на класс бетона В15, с мелким ХЦ заполнителем – В20.

Исследование свойств бетонов с различным содержанием вторичного крупного и мелкого ХЦ заполнителя производилось путём поэтапного изготовления бетонных кубов с заменой гранитного щебня крупным вторичным заполнителем (9%-100%), а затем бетонов с заменой кварцевого песка мелким ХЦ заполнителем (10%-50%). Прочность образцов была испытана по ГОСТ.

Выполнено радиологическое исследование исходного щебня и бетона с вторичным заполнителем. Произведена оценка эмиссии волокон из бетона при его многократном замораживании–оттаивании в воде, растворах хлорида магния и серной кислоты, соответствующих сульфатной, магнезиальной и хлоридной сильноагрессивным средам в грунте для бетона марки по водонепроницаемости W4. Фильтраты растворов были изучены под микроскопом на предмет наличия в них эмитированных волокон хризотил-асбеста.

Описание и обсуждение результатов

С увеличением доли крупного вторичного заполнителя средняя плотность бетона снижается, а его прочность увеличивается до 40% при полной замене гранитного щебня. Пористый ХЦ щебень играет положительную роль в структурообразовании бетона, поглощая на начальном этапе твердения воду, уплотняя контактную зону «цементный камень – заполнитель», затем отдавая поглощенную воду в процессе набора бетоном прочности, способствует более полной гидратации вяжущего. В случае замены до 50% песка мелким ХЦ заполнителем прочность на сжатие возрастает на 20%, вклад в рост которой вносит и проявление отсевом дробления вяжущих свойств. Повышенная водопотребность вторичных заполнителей приводит к увеличению расхода воды и цемента с целью обеспечить постоянное водоцементное соотношение. Однако, резко сокращается расход других компонентов бетона. Сопоставление рыночных цен на компоненты бетона показывает, что подобное применение ХЦ отходов позволяет получать бетоны в зависимости от доли вторичного заполнителя и расхода цемента в диапазоне требуемой прочности 15…30 МПа без увеличения их стоимости.

В ряде научных работ показана безопасность использования хризотилцемента, композитного слоистого материала, состоящего из волокон хризотил-асбеста, окруженных цементной оболочкой. При механическом повреждения ХЦИ эмитированные волокна хризотила покрыты продуктами гидратации и последующей карбонизации клинкерных фаз и имеют пониженную биологическую активность. Применение сухих ХЦО в качестве заполнителя для бетона исключает эмиссию волокна вследствие его двойной «консервации» в бетоне. Входе тщательного анализа полученных при исследовании фильтратов эмитированные волокна обнаружены не были.

Инертность стройиндустрии в отношении не проверенных временем технологий и материалов, нормативная ограниченность использования отходов, обеспечение бесперебойного поступления вторичных ресурсов и однородности свойств продукта, а также обоснование экономической эффективности нововведения усложняют внедрение технологий утилизации отходов в производственный процесс. Наиболее целесообразной представляется стартовая разработка локального производства тяжелого бетона с применением ХЦО при существующих заводах ХЦИ, так как у крупных производителей железобетона существуют свои устоявшиеся линии поставок традиционных нерудных материалов. На основе сложившегося опыта производства данную технологию планируется внедрить на заводы по производству фундаментных стеновых блоков.

В результате исследований разработаны эффективные бетоны с использованием ХЦО и подтверждена их экологическая безопасность. Экологическая эффективность технологии заключается в комплексной утилизации ХЦО: крупного боя и мелкой фракции, полученной при дроблении. Результаты исследований представлены НО «Хризотиловая ассоциация» и получили положительную оценку отрасли.

Используемые источники
1. Лунев Г.Г. Анализ и обоснование организационно-производственной структуры предприятия по переработке вторичных строительных ресурсов // Интернет-журнал Науковедение. 2014. № 3 (22).
2. Нейман С.М., Багаутдинов А.А., Бондаренко М.В. Применение асбестоцементных отходов в производстве строительных материалов // Аналитический обзор. – М.: ВНИИЭСМ. – 1992.
3. Плигина А.И., Семенов В.С., Егорова Л.В., Асхадуллин А.А. Применение хризотилцементных отходов в производстве железобетонных изделий // Научное обозрение. 2015. №10 (часть 2). С. 84–88.
4. V.S. Semenov, A.I. Pligina, T.A. Rozovskaya. The use of the chrysotile cement waste as the secondary aggregate for the concrete // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 71 (2015) 012041
Information about the project
Surname Name
Egorova Lada Vladislavovna
Project title
Development and manufacturing application environmentally safe concrete based on the use of chrysotile-cement waste.
Summary of the project
Construction is resource-demanding industry, characterized by a large volume of waste. Particularly chrysotile cement waste obtained both in production and in dismantling over age chrysotile-cement products: corrugated asbestos boards and flat sheets, chrysotile-cement tubes. We propose to use dry chrysotile-cement waste as recycled aggregate for concrete. Based on developed compositions and identified properties of heavy concrete with chrysotile-cement waste introduce this technology to the production of foundation wall blocks. The studies confirmed the possibility of using chrysotile-cement aggregate and fine screening of crushing as a secondary coarse and fine aggregates for concrete with proper quality without increasing the cost of the product. Environmental safety of the obtained products was ensured. The direction for implementation of the research project was proposed.
Keywords
Building materials production, secondary resources, chrysotile-cement waste, utilization, recourse saving, concrete.