НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ ПРОДУКТОВ И ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ

Расширение сырьевой базы промышленности строительных материалов за счет вовлечения в производство вторичных продуктов и отходов про­мышленности имеет важное народнохозяйственное значение. Б СССР ежегод­но накапливается около 70 млн. т доменных шлаков, 20 млн. т шлаков цвет­ной металлургии, 100 млн. т отходов от добычи угля и сланца, 80 млн. т золошлаковых отходов тепловых электростанций и др. При добыче нерудных строительных материалов в объеме I млрд. м3 в год количество отходов достигает 180 млн. м3, вскрышных пород - 33Q млн. м3 [54].

По данным Министерства финансов СССР, реальный экономический эф­фект от использования в промышленности строительных материалов в каче­стве сырья различных шлаков, топливных зол, белитовых шлаков, колче­данных огарков, фосфогипса и др. составляет более I млрд. руб. и обес­печивает ежегодную экономию около 3 млн. т топлива [54]. Не менее важ­но, что при этом достигается значительная экономия капитальных вложе­ний на развитие материально-технической базы. По данным НИИЭС Госстроя СССР, использование 25-30 млн. т зол и шлаков тепловых электростанций в качестве сырья обеспечивает достижение экономического эффекта в раз­мере около 40С' млн. руб. Использование отходов позволяет сократить зат­раты на сооружение и содержание отвалов, которые составляют 1-1,5 руб/т шлаков и зол и до 5-7 руб/т для фосфогипса [54].

В структуре себестоимости ячеистобетонных изделий на долю'сырье­вых материалов приходится 30-40? затрат [52]. Это обусловливает высо­кую эффективность использования в качестве Сырья различных попутных продуктов и отходов промышленное ти. Показателен опыт Эстонии, где с I960 г. на основе пылевидной золы горючего сланца-кукерсита и кварце­вого песка организовано производство автоклавных ячеистых бетонов. В настоящее время объем производства сланцезольного газобетона состав­ляет более 350 тыс. м3 в год. Из сланцезольного газобетона в республи­ке построены теплые дома, школы, детские сады, поликлиники, животно­водческие и птицеводческие фермы. Экономический эффект от производст­ва и применения сланцезольного газобетона составил за период с I960 г. по настоящее время около 16 млн. руб. [54].

Производство высококачественных газозолобетонных изделий органи­зовано на Свердловском заводе ВЕЙ им. Ленинского комсомола. На Курахов - ском заводе КЕК за счет применения шлаков и зол себестоимость I ы3 яче­истого бетона снижена на 1,2 руб. Производство ячеистобетонных изделий с применением ваграночных шлаков организовано на Харьковском заводе

ЛііК Jf 3. что позволило на ID? сократить расход юности и це­мента.

Замена цемента другими вяжущими позволяет снизить стоимость сырь­евых материалов на 8-Ю? при использовании смешанного известково-це - ментього вяжущего, на 25? - известково-песчаного, на 30 - 50? - изве - стково-цементно-шлакового, известково-зольного или и з вес тково-шл ахово­го и до 80? при использовании сланцезольного. В странах СЭВ из общего объема утилизации золы-уноса и топливного шлака в производстве ячеис­того бетона используется около 25-30?.

Однако, несмотря на высокую технико-экономическую эффективность, объем применяемых отходов при изготовлении ячеистых бетонов в настоя­щее время значительно ниже возможного. Связано это с целым рядом орга­низационных и технологических трудностей. Основные технологические трудности широкого применения в производстве ячеистых бетонов различ­ных отходов промышленности обусловлены непостоянством их химико-мине- ралогического состава и отсутствием надежных рекомендаций по оператив­ной корректировке состава сырьевой смеси в' зависимости от характерис­тик поступающего сырья. Несомненным успехом в этом плане следует счи­тать разработанную под руководством П. И.Боженова методику расчета сос­тава цементирующей связки автоклавных материалов по коэффициенту основ­ности [2]. Коэффициент основности позволяет оценить химическую актив­ность сырья, рассчитать основность силикатов и оценить с достаточной степенью точности содержанке в сырье или в формируемом при автоклав­ной обработке силикатном камне алюминатов, ферритов и сульфатов каль­ция. На основе значений коэффициента основности П. И.Боженов предлага­ет следующую классификацию побочных продуктов [54]:

Косн менее 0 - ультракислые;

К.„.от 0 до 0,8 - кислые (вяжущими свойствами не обладают,

Оси

Пригодны в качестве заполнителей и кислого компонента сырьевой смеси);

К0„„ от 0,8 до 1,2 - нейтральные (вяжущие свойства выражены ела-

ОСН

Бо, пригодны для автоклавной технологии, возможно использование в качестве заполни­телей) ;

От 1,2 до 3,0 - основные (обладают вяжущими свойствами, при-

ОСН

Годны в качестве основного компонента сырь­евой смеси в производстве автоклавных мате­риалов);

К „„ более 3,0 - ультраосновные (известь и ее аналоги). Применение осн

Коэффициента основности в качестве обобщенной химической характеристи­ки сырья открывает возможности расчета состава сырьевой смеси в произ­водстве автоклавных материалов при использовании одного или нескольких видов отходов различного химического состава.

Новым направлением в технологии ячеистых бетонов, развиваемым ШШЕБом, является применение разработанного в Киевском ИСИ под руко­водством В. Д. Глуховского шлакощелочного вяжущего [55]. Компонентами шлакощелочного вяжущего являются молотые гранулированные доменные шла­ки и щелочь, вводимая с водой затворения. Удельная поверхность молото­го злака 2500-4000 см2/г по ПСХ-2, расход щелочи 5-Ю? от массы шлака (в пересчете на сухое вещество). Особенность технологии ячеистого бе­тона на основе шлакощелочного вяжущего заключается в применении пены в качестве порообразователя. Это дает возможность управлять процессом (формирования пористости и обеспечивает получение качественного мате­риала [55] (табл. 6). Ячеистый бетон, получаемый по такой технологии, осладает высокими прочностными показателями. Это обусловлено высокой прочностью шлакощелочного вяжущего, составляющей, по данным В. Д.Глу­ховского, 80-120 МПа, что в 2 раза превышает прочность смешанного или известково-песчаного вяжущего.

Таблица 6

Ячеистый бетон на шлакощелочном вяжущем характеризуется высокой атмосферостоккостыо и стойкостью к агрессивным средам, что позволяет расширить области его применения.

Следует отметить, что в качестве щелочного компонента могут при­меняться различные промышленные отходы с содержанием R2O не менее 75? [55].

По аналогичной технологии на основе отходов производства и приме­нения тарного, технологического и оконного стекла в МИСИ получены яче­истые бетоны повышенной коррозионной стойкости, а при использовании вулканического стекла (перлита) получен жаростойкий ячеистый бетон ог­неупорностью 1750°С. Стекловидная структура митсриала ввиду особеннос­тей формирования сохраняет часть скрытой теплоты плавления, что увели­чивает запас внутренней энергии. При определенных технологических воз­действиях эта энергия высвобождается, снижая величину активационной энтальпии формирования стабильных кристаллических соединений из сос­тавляющих стекло химических элементов, что обеспечивает омоноличива - ние исходной системы. При этом суммарные энергетические затраты на подготовку сырьевых материалов и тепловлажностную обработку, связанные с получением единицы объема новообразований заданного химико-минерало­гического состава, меньше в 1,5-2 раза, чем в случае синтеза аналогич­ных новообразований из чистых окислов или использования исходных мате­риалов с кристаллической структурой.

Синтез кристаллических новообразований протекает в основном через раствор. В результате процессом, лимитирующим кинетику формирования структуры цементирующего вещества и динамику роста прочности силикат­ного камня, является интенсивность гидролитической деструкции исходной структуры стекла. У различных структурных элементов стекол гидролити­ческая деструкция протекает с неодинаковой скоростью. В первую очередь происходит разрыв связей с высокой полярностью (типа Ме-О) - процесс выщелачивания, затем связей Зі,- 0 - St и лишь затем - ковалентних свя­зей АІ-0-&. Эти процессы приводят к деполимеризации кремнекислородных тетраэдров структуры исходного стекла, что создает условия для синтеза гидросиликатных и гидроалкмосиликатных новообразований.

Увеличение содержания SiOg в исходном стекле повышает степень кон­денсации кремнекислородных тетраэдров и соответственно стойкость стек­ла к гидролитической деструкции. В связи с этим природные и техноген­ные стекла по показателям модулей основности и активности аналогично доменным шлакам подразделяются на основные, кислые и нейтральные. Яче­истые бетоны на базе кислых стекол наиболее целесообразно получать ме­тодом автоклавной обработки; в случае использования основных и нейт­ральных стекол допустима тепловлажнос-гная обработка при нормальном дав­лении и температуре 90-100°С.

Исходная структура стекла разрушается тем полнее, чем выше кон­центрация в воде затворения гидроксильных и сульфат-ионов. Поэтому при производстве ячеистых бетонов на основе известково-шлаковых, шлакоще - лочных, стеклощелочных и стеклоизвестковых вяжущих целесообразно ис­пользовать для затворения растворы едких щелочей или солей щелочных металлов, а также добавку полуводного или двуводного гипса, расход ко­торого зависит от вида вяжущего, температуры тепловлажностной обработ­ки и дисперсности кремнеземистого компонента.

Применение сырьевых композиций на основе природных и техногенных стекол, гранулированных шлаков кислого и основного состава в комбина­ции с щелочным затворителем позволяет полностью исключить из производ­ства цемент, повысить качество ячеистого бетона, прежде всего по пока­зателям прочности, карбонизационной стойкости и морозостойкости, сни­зить себестоимость в среднем на 1,5 руб/м3 и получить ячеистые бетоны с требуемыми свойствами (кислотостойкие, жаростойкие). Все это предпо­лагает эффективность реализации указанных разработок в промышленности.

Исследованиями ВНИИжелезобетона и ВИСИ показана возможность ис­пользования в производстве автоклавных ячеистых бетонов в качестве кремнеземистого компонента "хвостов" - отходов обогащения железных руд КМА [56]. Высокодисперсные отходы обогащения железистых кварцитов в виде водной суспензии (пульпы) имеют дисперсность 1200-2500 см^/г и содержат 65-75? кремнезема, что предопределяет целесообразность приме­нения их в качестве кремнеземистого компонента в производстве автокла­вных бетонов плотной и ячеистой структуры. На основе "хвостов" обога­щения железных руд КМА в промышленных. условиях Старооскольского заво­да CMC выпущена опытная партия ячеистобетонных изделий средней плот­ностью 300-800 кг/м3, отвечающих по своим физико-техническим показате­лям нормативным требованиям [6]. Применение в качестве кремнеземисто­го компонента отходов обогащения железных руд позволяет сократить энергозатраты в производстве ячеистых бетонов на 50-60 кВт"ч/т.

Таким образом, широкое вовлечение в производство ячеистых бето­нов вторичных продуктов и отходов промышленности дает возможность рас­ширить сырьевую базу, снизить суммарные энергозатраты на единицу про­дукции, исключить из производства цемент, снизить себестоимость про­дукции и получить ячеистые бетоны с заданными свойствами. При этом в определенной мере решаются и вопросы охраны окружающей среды.