Как известно, природные ресурсы истощаются, а отходы производства, как в мире, так и особенно в странах СНГ, наращиваются. Больше всего отходов образуют предприятия горнодобывающих, металлургических и теплоэнергетических отраслей. Огромные скопления этих отходов нарушают экологическое равновесие в природе, являются источником загрязнения окружающей среды, зачастую под отвалы занимаются необходимые для народного хозяйства земли [1].
Профессор из США Оскар Манз в обзорном докладе на 11-ом международном симпозиуме в Орландо (1995 год) приводит данные о выходе и использовании золы тепловых электростанций в целом, в том числе в строительстве, из которых видно, что большинство стран мира используют золу от 55 до 90% от выхода, в том числе в строительстве от 35 до 70%. Страны же СНГ занимают по существу одно из последних мест (7% в целом и 4,4% в строительстве). В России использование золошлаковых отходов за период 1991-1995 годы снизилось на 30%. Нагрузка на природную среду достигла таких размеров, при которых сама природа уже не в состоянии восстановить нарушенное экологическое равновесие. Поэтому, несмотря на наличие в настоящее время многочисленных работ отечественных и зарубежных научно-исследовательских и учебных институтов, лабораторий, конструкторско-технологических бюро и фирм, плеяды видных ученых и специалистов-производственников, разработавших рекомендации, ГОСТы и технологии применения золошлаковых отходов ТЭС в бетонах, требуется комплексный подход к решению этой проблемы. А именно таких теоретических, проектных и практических разработок и предложений, которые позволяют использовать твердые отходы каждого предприятия, золы и шлаки каждой электростанции и каждой котельной на 100%, сокращая и сводя на нет применение в бетонах природных и искусственно созданных заполнителей (щебня, гравия, песка, керамзита, пенополистирола и других), а также цемента (при использовании высококальциевых зол углей КАТЭКа), ликвидируя золошлакоотвалы как таковые. Это позволит решить триединую задачу: экологическую (ликвидацию отходов), экономическую (стоимость бетонов из вторичных ресурсов значительно дешевле) и социальную (увеличение строительства жилья и других объектов соцкультбыта из дешевых и различных видов материалов).
3
В качестве ведущих организаций России и стран СНГ, занимающихся проблемой использования зол и шлаков ТЭС в строительстве следует отметить: среди НИИ и проектных организаций: Атомтеплоэлектропроект, ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, ВНИИжелезобетон, ВТИ, ДальНИИС, Донецкий Промстрой-НИИпроект, НИИЖБ, Оргэнергострой, СибЗНИИЭП, Сибин-вестстром, УралНИИстромпроект и другие, среди ВУЗОВ: Днепропетровский ИСИ, КИСИ, Львовский политехнический институт, Московский строительный университет, Новосибирская ГАС, Пензенская ГАС, СибГГМА, Таллиннский политехнический институт, Челябинский технический университет и многие другие.
Этой проблемой занимались и занимаются видные ученые стран СНГ: Ю.М. Баженов, М.В. Балахнин, А.Т. Баранов, А.А. Безверхий, И.С. Бобык, П.И. Боженов, Ю.С. Буров, Ю.М.Бутт, Б.Н.Виноградов, А.В.Волженский, А.Е.Галибина, Г.И. Горчаков, Г.Д. Дибров, В.Г. Довжик, И.А. Иванов, В.Х. Кикас, В.К. Козлова, Л.А. Малинина, В.М. Медведев, В.А. Мелентьев, В.Ф. Мигачев, В.Г. Пантелеев, Н.А. Попов, В.И. Романов, В.Н. Россовский, А.М. Сергеев, Т.Е. Сергеева, Г.Н. Сиверцев, Н.Я. Спивак, В.В. Стольников, В.Б. Судаков, Н.И. Федынин, М.Ф. Чебуков, Г.П. Щеблыкина и многие другие.
Среди ученых дальнего зарубежья: Г. Бабачев, Б. Батлер, Е. Берри, Ж. Бийен, Т. Бремнер, М. Венюа, О. Гьерв, А. Жарраж, Д. Каретт, М. Кокубу, Р. Левандовский, X. Люр, Я. Малолепши, М. Мальхотра, О. Манз, Р. Мета, С. Нагатаки, Т. Найк, П. Оуен, И. Папаянни, К. Попович, В. Рамачандран, А. Самарин, Н. Свами, И. Хинсзак и многие другие.
Указанными организациями и учеными только за последние 5-8 лет изданы десятки новых ГОСТов и международных стандартов, сотни рекомендаций, десятки монографий, проведено 6 специализированных международных конференций и одна Всесоюзная (1990 г. в городе Новокузнецке) с изданием соответствующих сборников и трудов, проведены семинары и симпозиумы, изданы различные республиканские и ведомственные рекомендации, инструкции, ГОСТы, стандарты предприятий. Сибирской государственной горно-металлургической Академией (СибГГМА) тоже разработано 10 отраслевых технических условий по этой проблеме, прошедших экспертизу и согласованных с Госстроем СССР, РФ и Минстроем РФ.
В трудах перечисленных организаций и ученых в систематизированном виде изложено современное состояние проблемы использования отходов ТЭС в строительстве, обобщен имеющийся отечественный и зарубежный опыт, даны перспективные направления.
4
Но во всей этой громадной массе работ и практике их осуществления на наш взгляд недостает комплексного подхода к решению проблемы, а именно:
- Создание бетонов, исключающих в своем составе применение природных (щебня, гравия, песка) и искусственно созданных (керамзита, аглопорита, пенополистирола и других беззольных легких материалов) заполнителей и состоящих на 100% из отходов ТЭС и промпредприятий. Причем бетонов, как для несущих, так и для ограждающих конструкций, бетонов различных марок от 35 до 600 (3,5-60 МПа), т.е. бетонов от низкомарочных до высокомарочных, бетонов с высокими теплозащитными свойствами, бетонов высокой морозостойкости (до 1500 циклов), превосходящие международные стандарты.
- Создание мелкозернистых бесцементных бетонов и их технологии на основе высококальциевых зол и шлаков от сжигания бурых углей КАТЭКа и других бассейнов. На указанные золы и бетоны отсутствуют ТУ и ГОСТы, кроме ТУ34-70.10898-88. Зола высококальциевая Канско-Ачинских бурых углей как добавка в бетоны и строительные растворы. Эти ТУ, разработанные СибЗНИИЭП, ИХТТИМС СО АН СССР, НИИЖБ, и НИСИ, действовали только до 1993 года и зола здесь играла роль добавки. США обладает 16 патентами на бесцементные бетоны с использованием высококальциевых зол, но в них, либо применяются природные заполнители, либо добавляется известь и до 3-5 видов других добавок. Нами получен патент на состав и технологию бесцементного золошлакобетона, в котором используются только высококальциевая зола, шлаковый песок, микрокремнезем (отход производства ферросплавов) и вода.
- Не созданы проекты комплексной переработки зол и шлаков с ликвидацией золошлакоотвалов как таковых на действующих, строящихся и проектируемых ТЭС, а также технологии глубокой переработки золошлаковых отходов. Это позволило бы на 100% использование отходов, резко снизило потребление природных ресурсов за счет создания высококлассного сырья для производства стали, алюминия, кремния, силумина и ситалла, жидкого стекла, цемента, адсорбентов для очистных сооружений, редкоземельных металлов.
По данным Минтопэнерго в отвалах тепловых электростанций России в настоящее время накоплено более 1,2 млрд. тонн золошлаковых отходов (ЗШО), общая площадь Российских отвалов достигла 20 тыс. км2 (не говоря о загрязнении воздушного и водного бассейнов). От сжигания твердого топлива на ТЭС России ежегодно образуется 50 млн. тонн ЗШО, а перерабатывается
5
примерно 4 млн. тонн, что усугубляет экологическую обстановку в стране [2].
Минтопэнерго разработан "Каталог технологий по утилизации золошлаковых отходов ТЭС", в котором приведена классификация 6-ти направлений использования ЗШО. В каталоге только в разделах "Строительный комплекс" и "Промышленность стройматериалов", собрано свыше 350 известных технологий и разработок, которые могут быть использованы для ресурсосбережения и охраны природы. Но несмотря на достаточную технологическую проработанность проблемы, она требовала своего дальнейшего изучения и углубления.
Проблема использования твердых отходов ТЭС имеет две стороны: теоретическую и практическую.
Теоретическая на наш взгляд заключается в том, что из этих отходов еще не были разработаны составы и технологии бетонов, исключающих применение природных ресурсов, и в то же время обладающих такими качествами, как: высокой подвижностью (литой консистенции) с исключением виброобработки; высокой морозостойкостью (превосходящей мировые стандарты), что особенно важно для северных стран; создание бесцементных бетонов и их технологий на основе высококальциевых зол и исследование процесса их структурообразования; создание технологии глубокой переработки ЗШО.
Практическая сторона проблемы упирается в отсутствие: эффективных проектов и специального оборудования; инвестиций и экономической заинтересованности ТЭС и потребителей в увеличении использования ЗШО; законов, ограничивающих использование природных материалов в бетонах при наличии в регионах ЗШО (по примеру США и Канады); налоговых и штрафных санкций (или их низких размеров) к ТЭС, игнорирующих природоохранные требования, и льгот для экологически чистых предприятий.
Решению большинства из этих теоретических и практических вопросов и была посвящена наша многолетняя работа. В ней обобщены результаты теоретических и практических разработок автора в течении 10 лет.
Автор выражает искреннюю благодарность доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки и техники Малининой Л.А. за тщательный просмотр рукописи и сделанные замечания, рецензенту монографии, действительному члену академии архитектуры и строительных наук РФ, доктору технических наук, профессору Баженову Ю.М. за ценные и необходимые замечания по работе. Их замечания учтены автором в опубликованной монографии.
6