Ячеистые бетоны с использованием техногенных отходов промышленности

УДК 666.973.6

ЯЧЕИСТЫЕ БЕТОНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

А. П. Приходько., проф., к. т. н.; Д. О. Маляр, асп.

Ячеистый бетон является одним из перспективных и высокоэффективных строительных материалов современного строительства. Для его изготовления применяются широко распространенные местные материалы: песок, известь, цемент и вода. В смеси в небольших количествах вводятся порообразователи, образующие воздушные ячейки и делающие материал пористым. Производство изделий из ячеистого бетона осуществляется по энергосберегающим безотходным технологиям, и поэтому этот материал находит широкое применение как в жилищном, так и в промышленном строительстве. Это нашло отражение в разработанном проекте государственной программы "Развитие производства ячеистобетонных изделий и их использование в массовом строительстве Украины на 2003-2011 годы".

Совершенствование технологий производства изделий из ячеистого бетона выдвигает перед исследователями ряд задач, которые необходимо решить для широкого внедрения этого материала в строительство.

Основными задачами являются повышение прочности ячеистых бетонов при снижении их средней плотности, уменьшение расхода вяжущих для достижения заданной прочности, сокращение энергозатрат на подготовку сырьевых материалов и тепловую обработку, сокращение производственного цикла изготовления изделий, повышение товарного качества и однородности изделий по показателям прочности, плотности, влажности, трещиностойкости.

Одной из причин низкого качества изделий из ячеистых бетонов, выпускаемых в настоящее время, является неполная изученность процессов формирования макро- и микроструктуры и влияния её на свойства материала.

Прочностные показатели ячеистого бетона зависят от ряда факторов, основными из которых являются суммарная пористость (ячеистая, капиллярная и гелевая), прочность межпоровых перегородок, а также вид и количество используемого вяжущего.

Управляя указанными показателями структуры, можно регулировать прочность ячеистого бетона и другие его количественные показатели.

Одной из важных задач в производстве изделий из ячеистого бетона является широкое использование промышленных отходов горнорудной, металлургической, энергетической, алюминиевой и других отраслей промышленности Украины. Следует отметить, что использование техногенных отходов связано с еще одной народнохозяйственной проблемой: для хранения отходов отводятся большие площади земельных угодий. Значительные капиталовложения отвлекаются и на строительство и на поддержание отвалов и шламохранилищ.

Особый интерес для производства ячеистых бетонов представляют мелкозернистые отходы промышленности, которые позволяют снизить энергозатраты на предварительное измельчение и помол материалов и уменьшение их стоимости на 15-18 %.

К таким тонкодисперсным техногенным отходам можно отнести шламы горонодобывающих комбинатов Кривбасса, золы-уносы, улавливаемые электрофильтрами на энергетических предприятиях, отходы газоочистки производства ферросилиция, пыль газоочистки производства металлургического марганца и саморассыпающийся шлак металлического марганца, шламы травильных прозводств металлургических заводов, шламы глиноземной промышленности и др.

При использовании этих техногенных отходов в производстве изделий из ячеистых бетонов определяющим фактором при образовании новых фаз и связок являются протонодонорные свойства и интервал рН их взаимодействия, который зависит от природы компонентов и микропримесей. При этом необходимо учитывать влияние микроколичеств элементов-модификаторов, вызывающих "эффект легирования" и ускоряющих процессы новообразований.

Одной из основных составляющих ячеистого бетона является вяжущее, чаще всего цемент. Рекомендуется использовать быстротвердеющие высокоалитовые цементы, с содержанием главного клинкерного минерала С38 свыше 60 %, что вызывает существенный расход топлива и определяет высокую энергоемкость процесса клинкерообразования. Однако в условиях

дефицита топливно-энергетических ресурсов и постепенного исчерпания запасов качественного сырья для производства вяжущих веществ, отвечающих требованиям сегодняшнего дня, является тенденция цементной промышленности к освоению энергоэкономичных способов производства цементов и созданию малоэнергоемких видов клинкеров, цементов с улучшенными свойствами и бетонов на их основе. Особую актуальность такие цементы имеют для Украины, так как затраты условного топлива в 2007 году достигли 223,0 кг на 1 т клинкера, в то время как на современных зарубежных заводах они составляют 100 - 110 кг. С целью экономии топливно-энергетических ресурсов в развитых странах постоянно увеличивается часть многокомпонентных цементов. Так, среднее содержание минеральных добавок в цементе в 1983 году составляло - 17 %, в 1990 г. - 23 %, в 2000 г. - 30 %. К 2010 г. количество многокомпонентного портландцемента в мире будет составлять 75 -85 % от общего объема его производства. Это дает возможность не только экономить топливо и энергию (на 30 - 40%), при производстве цемента, но и увеличивать количество вырабатываемого цемента и выход бетона на его основе.

Использование в качестве минеральных добавок многотоннажных промышленных отходов позволяет решить проблемы охраны окружающей среды и компенсировать дефицит кондиционного сырья для производства цемента.

Замена части клинкера в цементе доменным гранулированным шлаком и золой-уносом тепловых электростанций способствует сохранению не возобновляемых природных ресурсов и уменьшает выбросы вредных веществ в атмосферу.

Исследованиями д. т. н., проф. М.А. Саницкого в НУ "Львовская политехника" [1] разработан ряд модифицированных композиционных цементов, в состав которых входит до 50 % минеральных добавок из отходов промышленности. Из них - 35 % доменного гранулированного шлака и 15 % золы-уноса. Разработанный композиционный цемент марки ПЦ 11/А-К-400 характеризуется ускоренной динамикой набора ранней прочности по сравнению с портландцементом ПЦ 11/А-Ш-400, меньшими деформациями усадки при нормальных условиях твердения, умеренным тепловыделением при гидратации. Изделия на основе этого цемента не имеют высолов на поверхности, долговечны, в том числе при эксплуатации в сложных условиях.

Модифицированный композиционный цемент ПЦ 11/А-К-400 с использованием отходов промышленности рекомендован для производства изделий из ячеистого бетона.

Перспективным направлением в использовании техногенных отходов при изготовлении ячеистых бетонов могут служить отходы горнообогатительных комбинатов. Только в Кривбассе в отвалах находится 1 млрд. м3 пород. Кроме того, свыше 1 млрд. т отходов накопилось в шламохранилищах, причем ежегодно их количество возрастает. Как показали исследования ДФ НИИСП [2], входящие в состав тонкодисперсных отходов горнообогатительных комбинатов горные породы обладают свойствами, позволяющими использовать их в промышленности строительных материалов, в том числе для производства ячеистых бетонов. При удельной поверхности тонкодисперсных отходов 300 - 350 м2/кг исключается необходимость их предварительного помола, что способствует энергосбережению и снижает стоимость изделий.

Определенный интерес для расширения сырьевой базы производства ячеистых бетонов на основе техногенных отходов представляют шламы глиноземной промышленности, и особенно красные шламы [3]. Как показали исследования [4], красные шламы, содержащие щелочи в сочетании с микрокремнеземом, способствуют интенсификации набора структурной прочности газобетонной смесью в отформованных изделиях, улучшению физико-минералогического состава новообразований в газобетоне и повышению его прочностных показателей. Это позволяет сократить производственный цикл изготовления изделий, повысить производительность и уменьшить себестоимость.

На основе шламов травильного производства металлургических заводов получены гипсовые вяжущие марок Г4...Г5 [5], использованные для получения пенобетона 330-700 кг/м3 и прочностью 0,26... 2,6 МПа.

Широко используются в производстве ячеистых бетонов техногенные отходы топливно-энергетической промышленности в виде золошлаковых смесей и особенно тонкодисперсной золы-уноса как кремнеземистого компонента в смеси сырьевых составляющих. На их основе получают широкую гамму ячеистых бетонов (и теплоизоляционных и конструкционно-

теплоизоляционных) со средней плотностью от 350 до 1000 кг/м3, прочностью от 1,5 до 10 МПа, которые используются в ограждающих конструкциях зданий и сооружений.

Пылевидные отходы также могут эффективно использоваться в производстве ячеистых бетонов. Как показали исследования [6], такие техногенные отходы как пыль газоочистки производства ферросилиция, пыль газоочистки металлического марганца, или саморассыпающийся шлак металлического марганца на связке из жидкого стекла позволили получить жаростойкий теплоизоляционный ячеистый бетон со средней плотностью 250— 300 кг/м3 и температурой применения 1071—1123 К.

Успешно в производстве ячеистых бетонов могут быть использованы пылевидные отходы камнедробильных заводов, что прошло апробацию при изготовлении теплоизоляционного неавтоклавного пенобетона для комплексных плит покрытий на Светловодском заводе быстромонтируемых зданий [7].

На основе шлакощелочных вяжущих [8], которые позволили вовлечь отходы производств многих отраслей промышленности для исследования ячеистых шлакощелочных пенно- и газобетонов, используются гранулированные шлаки ряда металлургических заводов, зола-унос и другие сырьевые материалы. Это позволило разработать составы и технологию изготовления жаростойких ячеистых бетонов с температурой применения до 1073 К [9]. Для модификации шлакощелочного вяжущего и получения бетонов со специальными свойствами, используются добавки, которые также являются отходами металлургической промышленности.

Использование техногенных отходов промышленности в производстве изделий из ячеистого бетона, в которых они не только являются заменителями природных сырьевых материалов, но и часто служат стимуляторами и катализаторами новообразований, улучшающими технологические и физико-механические свойства, является важнейшей задачей народного хозяйства Украины как в экологическом, так и в экономическом аспектах.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Саницький М. А., Позняк В. М., Мельник В. М., Мазурак О. Т. Багатокомпонентш цементи для виготовлення шздрюватого бетону Сб. науч. трудов. Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве. Днепропетровск, ПГАСА, 2005.- С. 157-160.

2. Бондаренко Г. Н., Маляр Т. В. Разработка и освоение технологии производства плотного и ячеистого силикатного материала из отходов ГОК для стеновых изделий Отчет о НИР. Днепропетровск, ДФ НИИСП, 1992. - 31 с.

3. Карнеев В. И., Сусс А. Г., Цеховой А. И. Красные шламы. Свойства, складирование, применение. М. : Металлургия, 1991. - 144 с.

4. Приходько А. П., Сторчай Н. С. Ячеистый бетон с использованием отходов глиноземного производства Сб. науч. трудов. Вып. 36, ч. 3. - Днепропетровск, ПГАСА, 2006. С. 188-192.

5. Сторожук Н. А, Данильченко Е. Ю. Ячеистые теплоизоляционные материалы на основе шламов травильного производства Сб. науч. трудов. Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве. Днепропетровск ПГАСА, 2005. - 305 с.

6. Шпирько Н. В., Чумак Л. И., Савелова П. В. Ячеистые теплоизоляционные материалы на основе отходов промышленности Сб. науч. трудов. Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве. Днепропетровск ПГАСА, 2005. - 305 с.

7. Приходько А. П., Еременко В. А., Карпухина А. К., Мартыненко В. А. Тяжелые, легкие и ячеистые бетоны с использованием отходов промышленности Приднепровья Сб. науч. трудов, Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве, Днепропетровск, ПГАСА, 2005 - С. 15-23.

8. Кривенко П. В. Специальные шлакощелочные цементы. - К. : Будiвельник, 1992. - 192 с. Мартыненко В. А., Карпухина А. К., Шурова И. И. Грицай В. О. Жаростойкий газобетон Сб. науч. Трудов. Перспективные задачи инженерной науки. Днепропетровск, GAUDEAMUS. -2002. - С. 288-291.

УДК 666.973.6

Ячеистые бетоны с использованием техногенных отходов промышленности /А. П. Приходько, Д. О. Маляр //Вкник ПридншровськоТ державно'1 академн бущвництва та архiтектури. - Дншропетровськ: ПДАБА, 2009. № 4. — . С.5 — 7. — Бiблiогр.:

Приведены возможности использования техногенных отходов промышленности различных отраслей для производства модифицированных композиционных цементов, а также ячеистых бетонов. Показано, что наиболее эффективно использовать при изготовлении изделий из ячеистых бетонов тонкодисперсные отходы шламохранилищ, пылевидные отходы различных производств. Отмечено, что минеральные добавки на основе техногенных отходов часто не только служат заменителями природного сырья, но и стимулируют улучшение технологических и физико-механических свойств строительных материалов.