К.т.н., Тарасеева Н. И. , к.т.н., Воскресенский А. В. , Киселева С. А. ,

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ И МАЛОЭНЕРГОЁМКИХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЦЕМЕНТНЫЕ РАСТВОРЫ И БЕТОНЫ

Важной задачей производства строительных материалов и изделий является разработка и внедрение экологически чистых и малоэнергоёмких технологий. Цементные бетоны являются основными конструкционными и защитными материалами в строительной практике. Повысить качество растворов и бетонов позволяют природные и искусственные химические модификаторы, улучшающие технологические свойства бетонных смесей, физико-технические показатели и долговечность бетона.

Использование побочных продуктов промышленности является актуальным направлением, поскольку позволяет решать не только острые экологические, но и технико-экономические вопросы. Ежегодно в России образуется около 7 млрд. т отходов, а утилизируется лишь небольшая их часть (по различным данным от 5 до 30%). В то же время установлено, что использование промышленных отходов позволило бы покрыть до 50% потребности строительства России в сырьевых ресурсах, на 10÷30% сократить затраты на изготовление строительных материалов и значительно снизить техногенные нагрузки на окружающую среду. Постоянный рост выхода и накопления промышленных отходов в России происходит на фоне дефицита качественных природных ресурсов [1].

Анализ технологических процессов и химического состава жидких и шламовых отходов предприятий энергетики, стекольной, химико-фармацевтической и других отраслей промышленности показал возможность получения на их основе модифицирующих добавок и химически активных наполнителей цементных систем. Объёмы промышленных стоков таковы, что при рациональной их переработке и распределении возможно обеспечить большинство строительных предприятий дешёвыми и эффективными добавками и наполнителями. Кроме того, стоимость традиционных товарных химических добавок, как правило, выше тех, которые производятся на основе вторичного сырья.

Следует отметить, что сегодня для большей части слабо или даже совсем не используемых отходов разработаны достаточно совершенные технологические и технические решения многостороннего их использования, что уже сейчас даёт основания для реструктуризации строительнго комплекса Росси с его ориентацией на принцип автотрофности. Вместе с тем строительство, являясь самой материалоёмкой отраслью, потенциально открывает возможность замыкания на себе кругооборота ресурсов в хозяйственном комплексе региона, т.е. использования отходов других отраслей промышленности [1].

Исследования, выполненные в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства (ПГУАС) в течение последних 20 лет, позволили разработать и внедрить в производство ряд эффективных модифицирующих добавок в бетон и наполнителей в цементные материалы с использованием побочных продуктов промышленности.

Для сопоставления эффективности добавок, разработанных на основе вторичного сырья, с традиционными химическими модификаторами в основу систематизации положена схема их разделения в соответствии с «Руководством по применению химических добавок в бетон» НИИЖБ Госстроя РФ. Принято шесть групп добавок: пластифицирующие, воздухововлекающие, замедлители твердения, ускорители твердения, противоморозные и ингибиторы коррозии стали.

Обычно основным критерием выбора материала для разработки химических добавок различного функционального назначения служит химический состав побочных продуктов. В ПГУАС разработана и предложена комплексная ускоряюще-пластифицирующая добавка на основе смеси отработанных солевых растворов предприятий энергетики и отработанных нативных растворов предприятий химико-фармацевтической промышленности. Применений такой добавки приводит к снижению водопотребности растворных и бетонных смесей. Углеводы и аминокислоты, присутствующие в нативных растворах, выполняют роль органических ингибиторов коррозии арматурной стали. Химический состав и физические свойства комплексной добавки представлены в табл.1.

Таблица 1

Химический состав и физические свойства

ускоряюще-пластифицирующей добавки

Наименование показателя	Единица измерения	Значение показателя
Сухой остаток	г/л	17,38
Хлориды	мг/л	461,97
Сульфаты	мг/л	608,0
Углеводы (редуцирующие вещества)	г/л	0,031
Фосфаты	мг/л	22,3
Жиры и липиды	г/л	5,4
Остаточный антибиотик	Ед./мл	549,2
Зола	мг/л	6600
рН		6,75
Внешний вид		жидкость светло-коричневого цвета

Добавки, разработанные с использованием отработанных нативных растворов и культуральных жидкостей предприятий медицинской и микробиологической промышленностей России и Беларуси, относятся к умеренным пластификаторам и позволяют сокращать водопотребность растворных и бетонных смесей на 10÷15%, в зависимости от вида используемого цемента. Значительный класс добавок составляют ускорители твердения и противоморозные. На основе отработанных солевых растворов фармацевтических предприятий Москвы, Курска, Белгорода, Новокузнецка и других городов разработаны эффективные добавки-ускорители твердения. Исследования, выполненные с использованием более чем 20 цементов Поволжского региона, показали, что в большинстве случаев многокомпонентные добавки являются более эффективными по сравнению с однокомпонентными. Установлено, что они не вносят принципиальных изменений в состав продуктов гидратации вяжущих веществ и влияют, главным образом, на изменение соотношения кристаллогидратов в твердеющей системе и увеличение количества гидратных фаз. Доказано, что микрокомпоненты добавок, такие, как альдегиды, кетоны и эфиры, не оказывают отрицательного влияния на основные физико-технические свойства цементных композиций.

Ускоряющие и противоморозные добавки, разработанные на основе вторичного сырья, позволяют повышать прочность бетона в среднем на 30÷40%. При использовании сульфатных ускорителей в пропариваемых бетонах продолжительность ТВО и (или) температура изотермического прогрева может быть снижена на 25÷30% [3].

Сбалансированные по химическому составу противоморозные добавки на основе вторичного сырья обеспечивают интенсивное твердение бетона в зимних условиях в интервале температур от -5 до -20°С. С целью расширения области применения активаторов твердения, содержащих хлористые соли, рекомендуется использовать их совместно с отработанными растворами, в состав которых входят эффективные органические и неорганические ингибиторы коррозии арматурной стали. Высокая эффективность комплексных ускоряющих и противоморозных добавок подтверждена многолетним использованием их на строительных объектах городов Москвы и Пензы. Применение добавок регламентировано совместными рекомендациями Пензенского ГУАС, НИИЖБа Госстроя РФ и токсикологическими заключениями Всероссийского центра безопасности биологически активных веществ.

Огромную экологическую проблему для большинства предприятий энергетической, химико-фармацевтической, машиностроительной, стекольной и других отраслей промышленности составляет утилизация шламов и осадков, образующихся на станциях нейтрализации и накопленных в огромных количествах вокруг предприятий.

На основании анализа химического состава, систематизации теоретических и экспериментальных исследований механизмов действия тонкодисперсных шламов и осадков на структуру и основные свойства цементных композиций разработаны эффективные наполнители и активаторы твердения цементных материалов. Установлено, что в составе любой строительной композиции шлам является компонентом, который способствует повышению прочности контактной зоны, увеличению водо- и коррозиестойкости, а также повышению устойчивости к воздействию динамических нагрузок [2]. В связи с этим в течение последних лет добавки гипсосодержащих нейтрализованных шламов эффективно используются на строительных объектах г. Пензы для регулирования процессов схватывания, повышения прочности и улучшения пластичности штукатурных и кладочных растворов [3].

Роль безотходных технологий возрастает, поэтому значительное расширение сырьевой базы для получения эффективных модифицирующих добавок и активных наполнителей в цементные растворы и бетоны за счет использования побочных продуктов и отходов различных отраслей промышленности позволяет решать ресурсные, экономические и средозащитные проблемы в регионе.

Библиографический список

1.Назаренко А.В., Кангро А.А. Эколого-экономические аспекты рационализации ресурсообеспечения регионального строительного комплекса // Современные проблемы строительного материаловедения: VII акад. чтения РААСН, Белгород, 2000. - С. 362 - 364.

2.Коренькова С.Ф., Макридов Г.В. Применение шламовых отходов в производстве лёгких бетонов // Современные проблемы строительного материаловедения / V акад. чтения РААСН. Воронеж. 1999. С.210–212.

3.Тарасеева Н.И. Структурообразование и твердение цементных материалов, модифицированных солевыми и шламовыми отходами предприятий энергетики: Автореф. дис. … канд. техн. наук. Пенза, 2005. 24 с.