Отходы в производстве строительных материалов

Содержание
Введение…………………………………………………………………….3
Исследование эффективных способов использования отходов производства теплоизоляционных плит PIR…………………………………....4
Пористый керамический материал на основе глины и отходов производства гранитного щебня…………………………………………………9
Битумоминеральные композиции для дорожного строительства с использованием бытовых отходов стекла (стеклобоя)…………………..……11
Фторангидритовые композиции с легким заполнителем на основе вспученного перлитового песка…………………………………….…………15
Список литературы……………………………………………………….17

Введение
В настоящее время большая часть предприятий, входящих в отрасль производства строительных материалов и изделий, сталкиваются с проблемой образования чрезмерно высокого количества отходов. Как правило, их подвергают последующей утилизации либо вторичному использованию. Стоит обратить внимание, что к первому варианту прибегают намного чаще, поскольку вторичное использование предполагает исследование, занимающее порой длительное время, а также проведение испытаний и процедуры сертификации. Распространенным способом утилизации является захоронение отходов, что, как правило, негативным образом влияет на состояние окружающей среды. В условиях современных реалий все более ухудшающейся экологической обстановки главная задача отечественных производителей – максимальное вторичное использование материалов наиболее целесообразным способом.
Российская Федерация напрямую заинтересована в таком подходе при рассмотрении вопроса эффективного использования отходов производства строительных материалов. Распоряжение Правительства РФ от 25 января 2018 г. №84-р во втором разделе отражает состояние и проблемы обращения с отходами, развития промышленности по обработке, утилизации, обезвреживанию отходов на сегодняшний день. Обеспечение экологической безопасности, напрямую зависящей от возможности минимального количества захоронения отходов, и ресурсосбережение – актуальные направления. Превращения отходов для изготовления продукции во вторичное сырье остается нерешенной задачей на федеральном и региональном уровнях. В 2005 г. В РФ зафиксировано образование отходов порядка 3035,5 млн т отходов, в 2015 г. -5060 млн т, т.е. за 10 лет показатель вырос на 68%. Не вызывает сомнений, что темпы роста количества производственных отходов колоссальные, на это нужно обратить особое внимание.
Исследование эффективных способов использования отходов производства теплоизоляционных плит PIR
Плиты PIR – теплоизоляционные плиты на основе пенополиизоцианурата.
Можно ли найти эффективное применение отходам производства теплоизоляционных плит PIR с учетом минимизации наносимого окружающей среде вреда? Крайне важна оценка востребованности в строительной отрасли нового материала, получаемого при переработке этих отходов, его конкурентоспособность.
Основным компонентом нового материала являются отходы производства плит PIR. Плитный утеплитель PIR – это теплоизоляционный материал нового поколения, обладающий сочетанием физико-механических характеристик, недостижимым для большинства полимеров: водопоглащение – не более 1% при длительном погружении 28 сут; группа горючести – Г1 (слабогорючий), Г2 (умеренно горючие); теплопроводность – рекордно низкий показатель среди серийно выпускающихся утеплителей – 0,021 Вт/(м*К).
Кроме того, плиты обладают уникальной структурой, состоящей из герметично замкнутых полимерных ячеек, заполненных специальным газом. Отличительной особенностью плит является их заводское каширование специальной фольгой, благодаря чему они не подвержены гниению и устойчивы к плесени, грибку.
С химической точки зрения PIR относится к особому классу полимеров – реактопластам (термоактивным пластмассам). Эти пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала, имеют сложную ароматическую (кольцевую) структуру, пробой связей которой наступает при гораздо более сложных условиях, чем у других полимеров с линейной структурой, например термопластов. Таким образом, для PIR характерны качества высокой стабильности, термостойкости, химстойкости. Крайне ценное для готового продукта качества существенно осложняет процесс переработки отходов его производства, что на сегодняшний день представляет большую нерешенную проблему, стоящую перед заводом – изготовителем, и перед всей отраслью полиуретанов.
Что касается гипса, он является одним из наиболее распространенных минеральных вяжущих веществ в строительстве. Область применения обуславливают следующие характеристики: повышенная огнестойкость, гигиеничность и относительно невысокая плотность.
Характеристики каждого описанного выше материала в отдельности объясняют их широкое использование. Однако привлекает внимание их возможная работа в комбинации. Таким образом, речь идет о получении нового материала на основе отходов производства PIR и гипса.
В процессе выполнения исследования были изготовлены и выдержаны образцы предлагаемого материала: балочки, пластины.
Прочность. Серия испытаний на статическое сжатие выявило: образцы с содержанием добавки отхода производства PIR показали меньшую прочность при механических воздействиях, чем образцы из чистого гипса. Исходя из этого, а также учитывая марку гипса, был построен примерный график зависимости прочности от времени.
Применение добавки PIR в гипсовых вяжущих уменьшает прочность состава на два пункта, то есть используя марку Г-5, в итоге получаем гипс
Г-3.
В ходе испытаний прочности при изгибе было установлено, что результаты имели одинаковые значения.
Теплопроводность. Данный показатель является основополагающим, что объясняется достаточно суровыми климатическими условиями на территории РФ. Было выявлено, что прессованная добавка отхода производства PIR в основе гипсового изделия обладает положительными свойствами: прочностью, являясь армирующим каркасом; водоотталкивающей способностью; теплоизоляцией.
Применение вышеуказанных отходов производства позволяет сократить количество используемого гипсового вяжущего вещества, что приводит к снижению денежных затрат в процессе изготовления материала. В ближайшем будущем такие изделия могут стать серьезными конкурентами гипсовым панелям и стенам, гипсокартону. Конструкции с применением отходов производства при изготовлении теплоизоляционных плит на основе отходов производства PIR обладают большей теплоизоляционной способностью и лучшей звукоизоляцией.
Сопутствующие проблемы переработки PIR-отходов и пути их решения
В процессе создания изделий на основе отходов приходится сталкиваться с проблемой, возникающей во время разделения самой добавки на фракции. Наблюдается отделение мелких частиц, несущих опасность для здоровья человека, поэтому необходимо предусматривать природоохранные мероприятия по уменьшению загрязненности воздуха путем установки дополнительных фильтров, а также проводить их обслуживание. Утилизация мелких фракций в настоящий момент не представляется возможной. Крупная фракция должна подвергаться дроблению, а это дополнительные затраты на закупку необходимого оборудования. По времени сушка изделий на основе PIR в 2,5 раза дольше, чем у обычного гипсового изделия, что ведет к большим растратам времени на производство. Прессованная добавка на производстве нуждается в помоле.
Принципиальные особенности имеет промышленная переработка прессованной добавки, изготовленной из отходов производства PIR. Данный вид отходов производства занимает малый пространственный объем. Проблемы промышленной переработки в перспективе видятся менее существенными, чем вред от прямой их утилизации.
Исследование эффективного использования отходов производства теплоизоляционных плит PIR стало шагом навстречу к решению актуальной глобальной проблемы современности – возможности использования остатков материала от производства в виде вторичного сырья.
Установлено, что добавка мелкой фракции PIR 2-5 мм, а также крупных в вид отходов из пенополиизоцианурата является хорошим заполнителем.
Доказана рациональность использования материала в строительстве.
Переработка, требующая дополнительных затрат электроэнергии, фактически отсутствует.
Полученный материал может стать конкурентоспособным на рынке строительных материалов.
Пористый керамический материал на основе глины и отходов производства гранитного щебня
Производство пористых керамических неорганических материалов в последние годы вызывает повышенный интерес благодаря их экологичности, безопасности и эффективности использования в качестве теплоизоляционных материалов с малой плотностью. К таким материалам относят керамзит, пеностекло, вспученную пенокерамику, при изготовлении которых можно использовать отходы промышленного производства : шлак, стеклобой, золу и т.п.
В настоящее время во многих странах актуальна проблема переработки значительного количества промышленных отходов. В странах Европы образуется около 2,5 млн т отходов в год, из которых около трети являются отходами строительной индустрии.
Предложен способ получения пористого керамического материала из алюмосиликатной смеси отходов производства гранитного щебня и глины без использования газообразователей при пониженной температуре обжига.
Оптимальным оказывается использование глины месторождения Кустиха, характеризующейся пониженным содержанием оксида алюминия (6-10%) и значительным содержанием свободного кварца (16-22%). Оптимальный размер пор керамического материала достигается в процессе вспучивания исходной шихты при температуре обжига 950оС, что примерно на 200 меньше, чем требуется для производства керамзита, следовательно, позволяет снизить энергоемкость получения пористого керамического материала.
Битумоминеральные композиции для дорожного строительства с использованием бытовых отходов стекла (стеклобоя)
Дефицит качественных инертных материалов для производства дорожных бетонов и асфальтобетонов во многих регионах России является одной из актуальных проблем. Поиск альтернативного сырья с использованием местных материалов, отходов промышленности или бытовых отходов может отчасти решить эту задачу.
Ценным материалом, направляемым на свалки, является стекло (бутылочный стеклобой, отходы стекольного производства и т.д.) Как известно, стеклобой – неразлагающийся отход, засоряющий почвенный слой земли, подлежащий переработке или соответствующему захоронению. Согласно статистическим данным, ежегодно образующееся количество стеклобоя для западноевропейских стран оценивается в миллионы тонн, но процент его вторичного использования в разных странах не одинаков. В РФ ситуация не менее драматична – только из Московской области ежегодно вывозится на полигоны 13 млн т твердых бытовых отходов, в которых 25% составляет стеклобой.
Определены следующие отрасли народного хозяйства, направления и пути его использования : стекольная промышленность, промышленность строительных материалов, дорожное строительство и прочие области применения.
В настоящее время имеется определенный опыт использования стеклобоя в дорожном строительстве – использование в качестве подстилающего слоя для дорожного полотна.
Стеклобой возможно использовать для изготовления минерального порошка для асфальтобетонов и битумоминеральных материалов. Минеральный порошок из стеклобоя обладает развитой поверхностью и отсутствием пористости.
Измельченный стеклобой можно использовать также для поверхностной обработки асфальтобетонных покрытий. Добавка улучшает торможение и продлевает сроки службы дороги на 50% и более при условии замены заполнителя стеклом.
Известен опыт применения в США асфальтобетона содержащего 60% молотого стекла, 33% каменной муки и 5% битума.
Промышленный или бытовой стеклобой по прочности и зерновому составу близок к минеральным материалам, применяемым в асфальтобетонных смесях, и может заменить их. Применение стеклобоя способствует снижению расхода битума и битумоминеральной смеси и позволяет получать покрытия с высокими рефлектирующими свойствами.
Битумоминеральные материалы с использованием стеклобоя в настоящее время не получили широкого внедрения и требуют дальнейшего изучения и развития.
Во время испытаний исследовались горячие мелкозернистые битумоминеральные композиции. Разработаны составы непрерывной гранулометрии типа Б, в которых заменяли те или иные фракции плотного заполнителя на аналогичные фракции стеклобоя. Для испытаний из битумоминеральных смесей изготавливались образцы-цилиндры 71,4-71,4 мм и испытывались согласно ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний».
В результате испытаний включение в состав композиций стеклобоя приводит к снижению битумоемкости смесей. Это связано с особенностями поверхности стеклобоя, обусловленными менее развитой поверхностью частиц и более низкой удельной поверхностью соответствующих его фракций в композиции в сравнении с традиционным плотным заполнителем. С увеличением содержания стеклобоя в составах показатели прочности при сжатии устойчиво снижаются, что свидетельствует о хорошей деформативной устойчивости материала при низкой эксплуатации.
Показатели водостойкости соответствуют требованиям ГОСТа к горячим плотным асфальтобетонам.
Плотность битумоминеральных композиций с увеличением содержания стеклобоя в смеси устойчиво снижается.
Рациональным следует считать содержание стеклобоя фракции 15-5 мм в мелкозернистых битумоминеральных композициях не более 36-40 мас. %. Дальнейшее повышение содержания стеклобоя способствует резкому снижению теплостойкости и ухудшению водостойкости.
Сдвигоустойчивость и трещиностойкость битумоминеральных композиций с рациональным содержанием стеклобоя удовлетворяет требованиям нормативов.
Использование стеклобоя стало своего рода панацеей для многих производителей стройматериалов – позволило резко снизить издержки и затраты электроэнергии. Это касается и производителей стеклянной тары. Песок, основной материал для производства стекла, неумолимо дорожает, в том числе и из-за ограниченности его количества и невоспроизводимости как ресурса. Вот она - прямая взаимосвязь между экологией и экономикой.
Фторангидритовые композиции с легким заполнителем на основе вспученного перлитового песка
Дешевой заменой природного гипса являются отходы различных производств, таких как фосфогипс; красный гипс; гипс, образующийся при десульфуризации дымовых газов, фторангидрит, образующийся при производстве плавиковой кислоты. Несмотря на экологичность гипса, его применение в строительстве остается достаточно узким. Чаще всего он используется в виде внутренних штукатурок, гипсокартонных плит и блоков для устройства перегородок. Перспективным способом является разработка композиций из поризованного гипса, который может быть получен как вспененный или вспученный гипсовый раствор, в котором пористая структура формируется химическими добавками.
Отвал непереработанного фосфогипсаДля достижения поставленной задачи при исследовании вспененных гипсовых смесей применялся сульфат алюминия в качестве газообразующей добавки.
Оптимальное соотношение легкого заполнителя и фторангидритового вяжущего находится в диапазоне содержания вспученного перлита между 65 и 85%. При содержании более 85% показатели теплопроводности улучшаются, однако при этом значительно снижается прочность материала при сжатии.
Влияние модифицирующих добавок на физико-механические характеристики полеченного материала представлено на диаграмме:
Разработанная фторангидритовая композиция с легким заполнителем на основе вспученного перлитового песка по физико-механическим показателям может быть использована в качестве эффективного конструкционно- теплоизоляционного материала при производстве конструкций внутри здания. При этом характеристики композиции можно значительно улучшить использованием модифицирующих поверхностно-активных веществ в виде воздухововлекающей добавки, существенно повысившей прочность при сжатии образца в возрасте 7 сут и смачивателя, способствующего снижению плотности материала.
Список литературы
ГОСТ 12801-98 «Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний».
Безденежных М.А., Муниева Э.Ю. Строительные материалы и экология. Тамбов.2017 №11 (98).
Голов В.И., Тимофеева Я.О. Бытовые и промышленные отходы. Владивосток 2008.
Пустовгар А.П. Опыт применения гипсовых вяжущих при возведении зданий. С.81-85.
Семенов А.А. Российский рынок гипса: текущее состояние и перспективы развития. С. 79-81.
Беляев И.Д. Утилизация и переработка стеклобоя. С.36-38.
Егоров К.И., Мамина Н.А. Отходы стекла – экология, информация, бизнес. С.33.
Яковлев Г.И., Первушин Г.Н. Конструкционно- теплоизоляционный материал на основе высокопрочного ангидритового вяжущего. С. 144-151