К. т. н. Тарасеева Н. И. , К. т. н. Воскресенский А. В.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Расширение сырьевой базы строительных материалов с применением безотходных технологий

Разработка и внедрение экологически чистых и малоэнергоёмких технологий – это одна из важнейших задач материального производства. 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 28%). 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 регламентов и химического состава побочных продуктов предприятий энергетической, стекольной, химико-фармацевтической и других отраслей промышленности показал, что присутствие в них химических соединений, традиционно используемых в строительстве, позволяет широко применять жидкие, пастообразные и твёрдые отходы в качестве сырьевой базы для разработки химических добавок различного функционального назначения. Объёмы промышленных стоков таковы, что при рациональной их переработке и распределении возможно обеспечить большинство строительных предприятий дешёвыми и эффективными добавками и наполнителями [4]. 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 масштабной реструктуризации как российского, так и региональных строительных комплексов. 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.

Добавки, разработанные с использованием отработанных солевых растворов (ОСР), отработанных нативных растворов (ОНР) и культуральных жидкостей (ОКЖ) предприятий медицинской и микробиологической промышленностей России и Белоруссии, 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, Усолье-Сибирского, Ирбита, Анжеро-Судженска 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 [4]. 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, 4].

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 [4]. 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 гипсосодержащих и карбонатных 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.

Несомненно, роль безотходных технологий возрастает, поэтому значительное расширение сырьевой базы для получения эффективных модифицирующих добавок и активных наполнителей в цементные строительные материалы 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., Ермилова Ю.А. Теоретическое обоснование клеящих свойств минеральных шламов // Строительные материалы. - 1998. - №8.-С. 6-7.

3. Тараканов О.В. Отходы – в доходы // Сельское строительство. - 2003. - №12.-С. 16-17.

4. тарасеева н.и. структурообразование и твердение цементных материалов, модифицированных солевыми и шламовыми отходами предприятий энергетики: Автореф. дис. … канд. техн. наук. Пенза, 2005. 24 с.