Применение отходов и побочных продуктов промышленности в производстве бетона.эколог оценка.предпосылки к созданию малоотходных и безотходных технологий

Содержание
Введение
1. Применение в производстве бетонов шлаков металлургических производств
2. Применение зол-уноса в производстве бетона
2.1 Применение золо-шлаковых смесей для производства бетона
3. Применение в производстве бетона комплексных минеральных добавок
4. Применение в производстве бетона дробленых отходов производства
Вывод
Список использованных источников

Применение отходов и побочных продуктов промышленности в производстве бетона.эколог оценка.предпосылки к созданию малоотходных и безотходных технологий

- зола в качестве самостоятельного компонента (активного микронаполнителя).
3. Использование золы уноса ТЭЦ в производстве легких бетонов (керамзитобетон).
Важнейшим требованием к технологии изготовления керамзитобетонных изделий является обеспечение плотной структуры (без межзерновых пустот) Для удовлетворения этого условия в керамзитобетонной смеси должно содержаться около 40% фракции мельче 1,2 мм, а в песчаной фракции – до 40-50% по массе частиц размером меньше 0,15 мм. Это вызывает значительные производственные затруднения, так как действующие ныне керамзитовые заводы практически не производят керамзитовый песок. Дефицит керамзитового песка и низкое его качество приводят к тому, что многие заводы в качестве мелкого заполнителя в конструкционно-теплоизоляционном керамзитобетоне применяют обычный тяжелый песок. В этом случае керамзитобетон в значительной степени теряет свои преимущества: плотность увеличивается до 1400-1600 кг/м3, термическое сопротивление резко падает. Одним из эффективных заполнителей в легких бетонах служит зола ТЭЦ, которая может частично или полностью заменить мелкий заполнитель других видов.
4. Малоцементные бетоны для подготовки оснований автомобильных дорог.
Эффективным направлением является использование зол ТЭЦ в шлакосиликатных бетонах, применяемых для ремонта аэродромов, дорог, мостов, а также для устройства щелоче- и кислотостойких полов в животноводческих комплексах, цехах химических, металлургических и других производств, работающих с агрессивными средами. Устройство полов может осуществляться путем их заливки или из плиток, приготовленных из шлакосиликатного бетона. 3
2.1 Применение золо-шлаковых смесей для производства бетона
Среди промышленных отходов одно из первых мест по объемам занимают золы и шлаки от сжигания твердых видов топлива (уголь разных видов, горючие сланцы, торф) на тепловых электрических станциях. Огромные количества золы и шлака скопились в отвалах, занимающих ценные земельные угодья. Содержание золошлаковых отвалов требует значительных затрат. В то же время золы и шлаки тепловых электрических станций можно эффективно использовать в производстве различных строительных материалов, что подтверждается многочисленными научными исследованиями и практическим опытом.
Для нужд строительства
Из зол и шлаков возможно производство большого количества строительных материалов, изделий и конструкций, необходимых при возведении жилых и промышленных зданий, сельскохозяйственных объектов, дорожных и гидротехнических сооружений и т.п.
Необходимость использования зол и шлаков диктуется не только экономическими соображениями, но и требованиями по охране окружающей среды.
Золоотвалы способствуют загрязнению воздушного и водного бассейнов и изменению химико-минерального состава почв. Пыление золоотвалов загрязняет окружающую среду, отрицательно влияет на здоровье людей, а также на продуктивность сельскохозяйственных угодий. При сильном ветре превышение предельно допустимой концентрации золы в воздухе может иметь место на расстоянии до 4 километров от кромки отвала. В санитарно-гигиеническом отношении важен и фракционный состав золы, причем наиболее опасны частицы размером 1 микрометр и менее. Фильтрация воды в золоотвале изменяет естественный гидрохимический режим в зоне его расположения, что может приводить к подтоплению, засолению и заболачиванию территории, поступлению загрязняющих веществ в подземные воды, а с ними– в реки и водоемы. Особо значительный вред окружающей среде причиняется при авариях на золоотвалах.
Замена природного сырья золами и шлаками способствует охране недр. Ликвидация золоотвалов благоприятно сказывается и на экологической обстановке.
Основные причины низкого уровня использования отходов тепловых электрических станций в России таковы:
отсутствие целенаправленной государственной политики в области использования природных инертных и техногенных материалов с целью сохранения экологического равновесия;
отсутствие финансирования работ по созданию производств по утилизации ЗШО ТЭС;
недостаточное внедрение результатов научно-исследовательских работ, накопленных в отечественной и мировой практике;
техническая неподготовленность теплоэнергетических предприятий по первичному разделению и сортировке золо- шлаковых отходов, складированию их и выдаче потребителям;
отсутствие отечественных производителей оборудования по производству товарной продукции с использованием золо- шлаковых отходов. 4
Мировой и отечественный опыт показывает перспективность использования золошлаковых смесей для вертикальной планировки городских территорий, осваиваемых для нового строительства. По санитарно-гигиеническим характеристикам и физико-химическим показателям в ряде случаев золошлаковые отходы могут служить полноценной заменой традиционному материалу отсыпки– речному песку.
Экономический эффект от использования в планировке ЗШО будет заключаться в экономии песка, отказе от строительства новых золоотвалов и, соответственно, в экономии капитальных вложений.
3. Применение в производстве бетона комплексных минеральных добавок
Для активного управления структурой и свойствами бетонной смеси и бетона, наряду с химическими добавками применяют минеральные добавки (МД), представляющие порошки различной минеральной природы, получаемые из природного или техногенного сырья: зол, молотых шлаков, горных пород и др.
Минеральные добавки отличаются от заполнителя мелкими размерами зерен (менее 0,16 мм, а чаще еще меньше), а от химических модификаторов тем, что они не растворяются в воде. Располагаясь вместе с цементом в пустотах наполнителя, они уплотняют структуру бетона, в ряде случаев позволяя уменьшить расход цемента. Поэтому МД часто называют минеральными наполнителями. Если оценивать МД по их влиянию на структуру и свойства цемента и бетона, то в зависимости от дисперсности их можно разделить на МД-разбавители цемента и МД-уплотнители:
– МД-разбавители, например зола, имеют гранулометрический состав, близкий к цементу (удельную поверхность 0,2–0,5 м2/г).
– МД-уплотнители, например, микрокремнезем, имеют частички примерно в 100 раз меньше зерен цемента (удельная поверхность 20–30 м2/г) и являются более эффективной добавкой, так как способны заполнять пустоты между зернами цемента и обладают повышенной реакционной способностью.
Минеральные добавки делятся на активные и инертные. Активные МД способны в присутствии воды взаимодействовать с диоксидом кальция при обычных температурах, образуя соединения, обладающие вяжущими свойствами. При введении в бетон они взаимодействуют с Са(ОН)2, выделяющимся при гидратации портландцемента. Некоторые активные МД, например, молотые доменные шлаки, способны к самостоятельному твердению, которое активизируется при добавке извести. На свойства минеральных добавок значительное влияние оказывает их зерновой состав, определяющий удельную поверхность и, соответственно, реакционную способность или возможность уплотнения структуры бетона.
Инертные добавки, например, молотый кварцевый песок, при обычной температуре не вступают в реакцию с компонентами цемента, однако при определенных условиях (например, при автоклавной обработке) они могут проявлять реакционную способность. В большинстве случаев инертные добавки используют для регулирования зернового состава и пустотности твердой фазы бетона (заполнитель – цемент – минеральная добавка) с целью управления свойствами бетонной смеси и бетона.
Природные минеральные добавки получают тонким измельчением различных горных пород вулканического (туфы, пеплы, трассы) или осадочного (диатомит, трепел, опока) происхождения. Именно к туфу первоначально был применен термин «пуццоланы» по названию итальянского местечка, где он добывался. Впоследствии этот термин распространили и на другие активные природные минеральные добавки. МД вулканического или осадочного происхождения состоят в основном из кремнезема и глинозема (70–90%), которые в известной мере определяют их пуццолановую активность. Эти добавки широко применяются при производстве цемента. К их недостаткам следует отнести повышенную водопотребность.
Минеральные добавки из техногенного сырья (золы, молотые шлаки, микрокремнезем и другие) имеют различный минералогический состав и дисперсность, от которых и зависит эффективность их применения в цементах и бетонах.5
Золы ТЭС образуются при сжигании пылевидных углей из их минеральной части, которая содержит глинистые вещества, кварц и карбонатные породы. В зависимости от температуры топки (1200–1600°C) и размеров частиц минеральная часть углей или плавится полностью, или оплавляется. При охлаждении образуется стекловидная фаза материала. Частицы золы осаждаются в электрофильтрах и удаляются сухим (зола-унос или зола сухого удаления) или мокрым способом (зола гидроудаления). Свойства золы-уноса определяют ее широкое использование в производстве цемента и бетона.
Химический состав зол характеризуется содержанием 35–60% SiO2 , 15–35% Аl2О3, 1–20% Fe2O3, 1–30% СаО и небольшого количества MgO, SO3, щелочей и других соединений. Соотношение компонентов золы предопределяет ее активность и вяжущие свойства.
По содержанию оксида кальция золы подразделяются на высококальциевые (СаО>10%) и низкокальциевые (СаО<10%). Высококальциевые золы обладают некоторыми вяжущими свойствами и могут применяться для замещения части цемента в бетонах, к которым не предъявляются высокие требования по прочности и долговечности. В этих золах часть СаО может находиться в свободном (пережженном) состоянии, что приводит к неравномерному изменению объема и определенным сложностям при их применении.
Низкокальциевые золы вяжущими свойствами не обладают, но в присутствии извести и воды активно участвуют в образовании гидросиликатов и гидроалюминатов кальция – основных структурообразующих компонентов цементного камня. Эти золы на 80% и более состоят из алюмосиликатного стекла, которое предопределяет их пуццоланическую активность.
Низкоосновные золы широко используются в качестве активных минеральных добавок.
Наряду с минеральной частью в золах ТЭС остается небольшое количество (до 5–10% и более) несгоревшего топлива, обычно в виде кокса. Этот компонент золы отличается высокой пористостью, что увеличивает ее водопотребность, а также может отрицательно влиять на процессы структурообразования цемента с добавкой золы. Поэтому в стандартах разных стран ограничивается содержание несгоревшего угля (потери при прокаливании) 5–10%.
Размеры частиц золы колеблются в пределах 1–100 мкм и близки к размерам зерен цемента. Поскольку несгоревший уголь содержится главным образом в крупных частицах, то в отличие от других порошкообразных материалов с повышением дисперсности зол их водопотребность не повышается, а в ряде случаев даже снижается.
Средняя плотность золы составляет 1,74–2,4 г/см3, однако плотность отдельных фракций может значительно отличаться от средних значений. Мелкие частицы топлива при пылеугольном сжигании сгорают на лету. При этом на их поверхности образуется плотная оболочка, а внутри они имеют пористую структуру. Пористостью частиц объясняется малая насыпная плотность золы, которая колеблется в пределах 600–1300 кг/м3. Насыпная плотность зависит от вида топлива и температуры сжигания, обычно увеличиваясь с повышением последней.
Удельная поверхность золы составляет 1500–3000 см2/г. Для плотных бетонов рекомендуются золы с удельной поверхностью не менее 1000 см2/г, для ячеистых бетонов – не менее 2500 см2/г. У некоторых зол активность может быть повышена при применении дополнительного домола, способствующего разрушению стекловидной оболочки на поверхности зерен.
Шлаки, получаемые в качестве вторичного продукта при выплавке чугуна и в ряде других металлургических процессов, после тонкого измельчения способны стать эффективной минеральной добавкой. Степень гидравлической активности шлаков в известной мере характеризует модуль основности Мо или модуль активности Ma, показывающие соотношение основных составляющих шлака (%).
В зависимости от модуля основности шлаки делятся на основные или кислые. Гидравлическая активность доменных шлаков, как правило, возрастает с увеличением модулей основности и активности, а также с увеличением удельной поверхности тонкомолотого шлака. Обычно, удельная поверхность тонкомолотых шлаков составляет 2500–3500 см2/г. Тонкомолотые шлаки, добавленные к цементу, существенно влияют на структурообразование цементного камня.
Микрокремнезем является отходом производства кремнийсодержащих сплавов: ферросилиция, кристаллического кремния и др. В процессе плавления шихты и восстановления кварца при температуре свыше 1800°C образуется газообразный кремний, который при охлаждении и контакте с воздухом окисляется до SiO2 и конденсируется в виде сверхмелких частиц кремнезема. Содержание SiO2 в микрокремнеземе составляет 85–98%.
От других активных минеральных добавок микрокремнезем отличается очень малым размером частичек (0,1–0,5 мкм) и высокой удельной поверхностью (18–25 м2/г). Располагаясь в бетоне в порах цементного камня, он способствует повышению плотности и соответственно прочности, непроницаемости и долговечности бетона.
Обычный расход микрокремнезема в бетоне составляет 5–15% от массы цемента, что меньше, чем при применении других минеральных добавок. Кроме того, в этом случае взаимодействие в бетоне Са(ОН)2 и SiO2 сравнительно ограничено и в нем длительное время сохраняется необходимая для защиты арматуры от коррозии щелочная среда.
В сухом виде из-за сверхвысокой дисперсности насыпная плотность микрокремнезема составляет всего 0,15–0,2 т/м3, что затрудняет его транспортировку и применение, поэтому в производстве бетона обычно используют лишенный этих недостатков предварительно гранулированный или брикетированный микрокремнезем.
Органо-минеральные добавки получают, объединяя в единую систему органический и минеральный компоненты, обладающие конкретным модифицирующим эффектом. Исследования показали, что тонкодисперсные минеральные добавки повышают эффективность действия пластификаторов и, наоборот, последние способствуют положительному действию минеральных наполнителей на структуру бетонной смеси и бетона.
НИИЖБ предложил органо-минеральный комплексный модификатор структуры и свойств бетона полифункционального действия МБ-01, включающий суперпластификатор С-3 (6–12% по массе) и микрокремнезем. Он представляет собой порошкообразный продукт насыпной плотностью 750–800 кг/м3 с размером гранул до 100 мкм. В качестве регулятора твердения (РТ) в МБ-01 вводят фосфорорганический комплекс. При применении этой добавки возрастает сохраняемость консистенции бетонной смеси, появляется возможность получать бетоны с прочностью свыше 100 МПа, низкой проницаемостью и высокой долговечностью.
По аналогичному принципу создан органо-минеральный модификатор МБ-С. Он включает суперпластификатор С-3, микрокремнезем и золу-унос (30–50% микрокремнезема заменено более доступной золой-уносом, причем без заметного снижения эффективности добавки).
Как правило, органо-минеральные добавки выпускаются в порошкообразном виде, что облегчает их введение в бетонную смесь.
При проектировании применения добавок необходимо проведение технико-экономических расчетов для прогнозирования ожидаемого эффекта. При этом следует учитывать, что использование добавок при производстве бетона требует дополнительных затрат для создания складов добавок, транспортных магистралей, узлов подготовки добавок, дополнительных дозаторов в бетоносмесительных цехах. Некоторые добавки имеют сравнительно высокую стоимость и еще дефицитны. Поэтому необходимо использовать добавки в первую очередь там, где их применение дает наибольший технико-экономический эффект.
4. Применение в производстве бетона дробленых отходов производства
На сегодняшний день увеличивается количество новых строительных объектов, вследствие чего старые и ветхие здания, построенные много лет назад, например – пятиэтажки, приходится сносить, ведь они занимают значительную территорию города. Внимание следует уделить уборке большого количества строительных отходов.
Строения, здания, отжившие свой век и подлежащие сносу долгое время ликвидировались с помощью взрывов, после чего мусор вывозился предназначенными для этого экскаваторами (со специальными насадками). В итоге можно было увидеть большие горы строительных отходов, основную часть которых составляли бетон, стекла, металл, разгрести такую кучу было непросто. Это делалось с помощью самосвалов, которые отвозили данный мусор на обычные свалки.
В общих чертах демонтаж различных зданий делается таким способом и в наше время. Можно отметить, что за последнее время на свалках накопилось большое количество мусора (строительных отходов), именно поэтому нежелательно продолжать избавляться от мусора таким же способом, как и раньше.
Строительный мусор подлежит переработке, это не только может положительно повлиять на экономику государства, но так же и решить проблему с загрязнением окружающей среды токсичными веществами, входящими в строительные отходы (свинец, асбест). Также следует помнить, что свалки для мусора не безразмерны и места на них уже практически нет. Словом, переработка элементов разрушения в скором будущем станет необходимым этапом процесса осуществления сноса любых зданий. На текущий момент промышленная утилизация строительных отходов только развивается, но в скором времени она будет приносить немалую прибыль.
Как происходит процесс рециклинга, благодаря которому материалы (старый асфальт, стекло, кирпичный бой, пластик и др.), отжившие свою жизнь, вновь используются в строительстве? Сейчас мы рассмотрим эту процедуру подробнее. Сначала, прямо на месте демонтажа, образовавшийся завал из отходов, 30-40% - это железобетонный лом, сортируется при помощи экскаваторов.
Чересчур большие фрагменты ЖБ экскаваторы разбивают или разрезают на мелкие части, используя, спец оборудование, а именно гидромолот или гидроножницы. Дробильная установка, расположенная неподалеку перерабатывает бетонные отходы в щебень, остатки строительного мусора (лом) сортируются и отвозятся на заводы по переработке.
Существует множество вариантов использования переработанного строительного мусора. Чаще всего он используется для строительства небольших дорог, для засыпки болотистой местности или же в производстве тяжелых бетонов (щебень). Старый асфальт пригоден для использования в дорожном строительстве (после нагрева). Помимо этого спросом пользуется щепа из переработанной древесины, а арматурная сталь, несмотря на свою высокую цену, всегда быстро раскупается.
Однако наиболее популярным строительным материалом, который также подлежит вторичной переработке является бетон. Демонтаж железобетона идет при сносе почти любого строения, из-за этого переработка бетона получила очень большое распространение. К "выходящим" продуктам такой переработки можно отнести вторичный щебень, о котором уже шла речь, и мелкий песок, в котором половина пылевидные отходы. Целесообразность использования переработанного бетона в строительстве выяснилась совсем недавно, до этого времени его нельзя было назвать популярным материалом.6
До того как в производстве бетона начали использовать пылевидный заполнитель (переработанный бетон) для этих целей использовался портландцемент. Оказалось, что эти материалы по своему назначению (повышение прочности готового продукта) не отличаются друг от друга, единственного отличие – более высокая стоимость портландцемента.