Мелкозернистые бетоны из отходов промышленности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

В представленной работе изложены научно обоснованные технические и технологические решения по созданию и применению мелкозернистых цементных и бесцементных бетонов различного (комплексного) назначения, исключающие в своем составе природные и искусственно созданные (пористые) заполнители. Бетонов из отходов промышленности (прежде всего ТЭС) при качестве, соответствующем отечественным и мировым стандартам, и даже превосходящим их.

На основе теоретических, экспериментальных, производственных исследований и имеющегося опыта можно сделать следующие выводы:

1. Исследовано влияние различных пластификаторов на подвижность мелкозернистого шлакозолобетона, установлены графические зависимости и выявлен суперпластифицирующий эффект комплексной пластифицирующей добавки ЩСПК + ЛСТ при их соотношении 1:1 и 1:2. Подвижность смеси увеличивается с ОК = 6 до 24 см (в 4 раза), в то время как суперпластификаторы для обычных бетонов (С-3 и дофен) такой эффект проявляют при расходе в 2-2,5 раза больше и стоимость их значительно выше. На основании установленных зависимостей и выявленного эффекта суперпластификации комплексной добавки разработан новый состав высокоподвижного (литой консистенции) мелкозернистого шлакозолобетона (а.с. 1669893). По сравнению с обычными бетонами, разработанный бетон при одинаковом расходе цемента и воды и равнрценной прочности обладает подвижностью в 6-11 раз выше, морозостойкостью в 2 раза выше и у него ниже средняя плотность на 150-400 кг/м³.
2. Исследовано влияние гранулометрического состава шлакового песка на прочность и морозостойкость мелкозернистого шлакозолобетона и разработаны треугольные диаграммы подбора состава бетона из трех фракций шлакового песка. Установлено, что оптимальные грансоставы заполнителя для мелкозернистых шлакозолобетонов отличаются от рекомендаций ГОСТа 8736-85 по зерновому составу песка (мелкого заполнителя) в бетонах и позволяют снизить водопотребность бетонных смесей и за счет этого повысить прочность на 20 и более процентов. Исходя из проведенных исследований рекомендуется производить гранулирование и дробление шлака на ТЭС таким образом, чтобы шлаковый песок состоял из 2-х фракций: крупной, с размером зерен более 1,2 мм (до 5 мм) - 60 - 80% и мелкой - с размером менее 0,315 мм - 20-40%.

134

3. Разработаны новые составы и технология высокоподвижного поризованного шлакозолобетона для ограждающих конструкций (а.с. 1571039). Установлено, что сочетание повышенного количества вторичного алкилсульфата натрия (моющее средство "Прогресс" в количестве от 0,5 до 1% от массы цемента) с техническим лигносульфонатом увеличивает степень пенной поризации и подвижность смеси за счет комплексного эффекта снижения поверхностного натяжения на границе раздела двух фаз (воздух и поверхностно-активное вещество) и стабилизации воздушных пузырьков в смеси.
4. Установлено, что при равнозначной средней плотности с известными легкими бетонами (ячеистым и с пористыми заполнителями), разработанный поризованный шлакозолобетон имеет теплопроводность в среднем в 1,3 раза ниже за счет того, что топливный шлак жидкого удаления представляет собой алюмосили-катное стекло в аморфном состоянии (плохой проводник тепла) и крайне низкой водопотребностью (2 - 3%), т.е. он отталкивает, а не поглощает влагу при приготовлении смеси ив процессе эксплуатации бетона.
5. Установлены зависимости показателей прочности, плотности и воздухововлечения бетона от количества вводимого поризатора при различных соотношениях золы и шлакового песка и различных способах перемешивания (в турбулентных ив смесителях принудительного действия).
6. Создан высокоморозостойкий и водостойкий мелкозернистый шлакозолобетон прочностью от 40 до 60 МПа, морозостойкостью от 1000 до 1500 циклов и водонепроницаемостью от 8 до 12 (W), значительно превышающие по морозостойкости отечественные и мировые стандарты (патент № 2008293). При этом установлено, что в процессе замораживания и оттаивания бетона аморфное алюмосиликатное стекло шлакового песка в пределах до 1000 циклов вступает в реакцию с продуктами гидратации цементнозольного камня (как бы пробуждается) и увеличивает прочность бетона на 10 - 12%, а затем начинает падать. Аморфные шлаковые зерна как бы размываются и кристаллизуются.
7. Разработаны новые составы и технология мелкозернистых бесцементных золошлакобетонов на основе высококальциевых зол ТЭС (патент на изобретение № 2065420 "Бетонная смесь") и шлакобетонов на основе основных шлаков литейного производства. Впервые решена проблема связывания свободной извести с помощью введения микрокремнезема (отхода ферросплавного производства) и двойной термообработки бетона (первичная - горячая вода 60-80 °С при затворении смеси золы, шлакового песка и микрокремнезема, вторичная - после укладки в опалубку).

135

8. Исследованы особенности твердения легких и плотных цементных и бесцементных мелкозернистых золошлакобетонов при различных режимах термообработки и разработаны оптимальные режимы и рекомендации в условиях строительной площадки (монолитные конструкции) и в заводских условиях (в частности на заводах КПД).
9. При непосредственном участии и в отдельных случаях под руководством и по инициативе автора разработаны проекты, технологические схемы и регламенты по комплексной переработке и применению зол, шлаков ТЭС, шлаков литейного производства и других отходов промпредприятий в бетонах, различного назначения и для различных регионов бывшего СССР и РФ (Украина, Казахстан, Алтайский край, Новосибирская и Кемеровская области, Красноярский край, республика Хакасия, республика Якутия и др.). [115, 116, 117, 118, 119, 120, 121]. Частично это приведено в главе 7 книги.
10. Внедрением результатов исследований является включение отдельных видов, предложений и технологических решений:

на Всесоюзном уровне

во "Временные указания..." [3], "Рекомендации..." [4], ГОСТ 25592-91 [5], ГОСТ 25818-91 [6], в "Целевую комплексную программу Минэнерго СССР по использованию золошлаковых отходов тепловых электростанций Кузбассэнерго на 1986-1990 годы и на период до 2000 г., утвержденную министром А.И. Майорцем 05.03.1988 г. [122], в "Научно-техническую программу "Использование вторичных ресурсов в строительстве", утвержденную Минуглепромом СССР от 16.03.87, в "Отраслевую программу по расширению использования золы и шлака ТЭС в энергетическом строительстве на 1986-1990 годы, утвержденную Минэнерго СССР от 16.03.87 № 171.

на Всероссийском (Федеральном) уровне

в Федеральной программе "Переработка золошлаковых отходов тепловых электростанций", входящей в состав Федеральной целевой программы "Топливо и Энергия" (одобренной Постановлением СМ РФ от 6 декабря 1993 г. № 1265).

для республики Казахстан

в 4-х нормативных документах по использованию зол и шлаков Экибастузских ТЭС и шлаков ПТЗ в бетонах, согласованных с Госстроем Казахстана.

136

на региональном уровне

в "Целевую комплексную программу использования вторичного сырья на 1986-1990 гг. и на период до 2000 г. по Кемеровской области", утвержденную Кемеровским Облисполкомом в 1985 г.

11. Разработано 12 ведомственных нормативных документа, прошедших экспертизу и согласование с Госстроем РФ и в последние годы Минстроем РФ (Главтехнормированием).
12. Разработки нашли широкое применение в строительстве монолитных жилых зданий, в производстве мелкоштучных изделий, в строительстве технологических комплексов и установок по использованию отходов ТЭС в предприятиях других отраслей, в организации производства огнеупоров.

Экономический эффект от внедрения результатов научных исследований по расчетам Минэнерго СССР составил 5,6 млн. рублей (в ценах 1984 года), по данным треста "Сибметаллургмон-таж" применение новых составов мелкозернистого шлакозолобетона в строительстве первого в мировой практике монолитного 108 кв. дома дает экономию средств на каждом кубометре бетона для несущих конструкций от 4 до 5 руб. и для ограждающих конструкций до 16 руб. По данным треста "Киселевскшахтострой" на каждом кубометре кладки стен из шлакозолоблоков разработанного состава экономия составляла от 3 до 4 рублей (все в ценах 1984 года). В расчетах не принимались во внимание решения экологической проблемы, экономии энергоресурсов и природных ресурсов (а только сравнивались стоимость традиционных и новых материалов и технологий).

Автор считает, что дальнейшие теоретические и практические исследования и разработки должны развиваться по следующим направлениям:

1. При проектировании новых электростанций и предприятий с твердыми отходами в самих проектах должно закладываться 100% использование вторичных ресурсов с комплексной их переработкой в необходимые стране продукты.
2. На каждом действующем предприятии и в рамках регионов должны быть разработаны научно-обоснованные мероприятия по использованию твердых отходов текущих и отвальных с учетом предложенных в нашей работе. Государством определено, что эффективность использования отходов (вторичных ресурсов), с учетом экологического уровня решаемой проблемы, только по одним золошлаковым отходам может давать ежегодный экономический эффект в размере 5241 млн. руб. в ценах 1991 года. Сюда необходимо прибавить отходы горно-рудных предприятий и других отраслей, тогда сумма экономии, как минимум, утроится.

137

3. Продолжить дальнейшую разработку и реализацию региональных программ-прогнозов использования золошлаковых и других отходов и приступить на конкурсной основе к разработке новых фундаментальных технологий глубокой поэлементной переработки отходов с целью их наиболее рациональцого и комплексного использования (не загонять редкоземельные элементы и тяжелые металлы в стены зданий и сооружений, а использовать по назначению). При всей экономической трудности такая пора наступает.
4. Продолжить развитие теории формирования структуры и свойств бетонов с техногенными отходами, в направлении, предложенном учеными Ю.М. Баженовым, Л.А. Алимовым, В.В. Ворониным. Разработать программы автоматизированного расчета и корректировки составов бетонов из техногенных отходов, в зависимости от их физических свойств и минерального состава и программы прогнозирования свойств бетонов из отходов.

Автор благодарит ученых и производственников, принимавших активное участие в представленных разработках, а также за неоценимую многолетнюю помощь, руководство и консультирование в работе. И прежде всего, коллектив НИИЖБ Минстроя РФ (Крылов Б.А., Малинина Л.А., Лагойда А.В., Путляев Е.Е., Батраков И.Г., Щеблыкина Т.П., Степанова В.Ф., Бруссер М.И., Витько С.Д.); кафедру технологии бетонов, керамики и вяжущих Пензенской государственной академии строительства и архитектуры; институт "ВНИИжелезобетон" (Довжик В.Г.), СибЗНИИЭП (Безверхий А.А., Игнатова О.А.), кафедру технологии вяжущих веществ и бетонов Московского строительного университета (Баженов Ю.М., Данилович И.Ю.), кафедру архитектуры и строительных материалов (Федынин Н.И., Меркулова С.И., Панова В.Ф.) и весь коллектив кафедры строительного производства СибГГМА; а также видных ученых ближнего и дальнего зарубежья (О. Гьерв - Норвегия; М. Мальхотра, Т. Бремнер - Канада; О. Манз, Р. Мета, Дж. Гордон, Т. Найк США; И. Папаянни -Греция; Н. Свами - Англия; А. Самарин, И. Хинсзак, Б. Батлер -Австралия; Р. Кругер - ОАР; Я. Малолепши - Польша; Л. Ни -Казахстан; A.M. Сергеев - Украина); коллективы ТУ ГРЭС, трест "Сибметаллургмонтаж", ТУ ЗЖБК, Павлодарского тракторного завода, А.О. "Хакассэнерго", АО Запсибметкомбинат, А.К. "Омскэнерго", объединение "Экибастузуголь".

138