Строительніе статьи 1996

Стеновой материал на основе сухих асбестоцементных отходов

Количество отходов при произ­водстве асбестоцементных изделий составляет от 2,5 до 4 % массы сырья. На одном только Воскресен­ском комбинате «Красный строи­тель» около 10 тыс. т боя, брака, обрезков ежегодно вывозится в отвалы. В то же время известно, что асбестоцементный камень имеет высокую прочность и низкую теп­лопроводность, поэтому перспек­тивно использование асбестоце­ментных отходов (АЦО) в качестве сырья для стеновых материалов [1].

В связи с распространением мне­ния о возможности тяжелых легочных заболеваний (мезотелиома плевры, рак легких) у людей, работающих с асбестом, бытует отрицательное от­ношение к применению асбеста в промышленности и строительстве и стремление заменить его равноцен­ным безвредным материалом.

Однако после проведенных глу­боких исследований в 1989 г. Аген- ство по охране окружающей среды США (ЕРА) отменило свои предло­жения о необходимости полного запрета асбеста. Институт США по вопросам асбеста, Всемирная орга­низация здравоохранения (ВОЗ) и Международная организация труда (МОТ) также считают, что асбест не опасен для здоровья, если загрязне­ние не превышает научно обоснован­ные нормы. Наименее вредным ви­дом асбеста является хризотиловый, применяемый в нашей стране.

МОТ в 1986 г. приняла конвен­цию, в которой отмечается, что при условии солюдения ПДК асбестовых волокон в воздухе гарантируются безопасные условия труда. Заболе­вания, зафиксированные ранее, бы­ли связаны с тяжелыми условиями труда на асбестоцементных пред­приятиях в послевоенные годы, когда концентрации пыли превыша­ли современные ПДК в сотни раз. В письме Минздрава СССР (1987 г.) «О применении асбесто­содержащих материалов» указыва­ется, что асбестосодержащие мате­риалы для населения не представ­ляют опасности, если при примене­нии в жилых, лечебно-профилакти­ческих, детских и общественных зданиях они с внутренней стороны изолированы покрытиями, выдер­живающими действие дезраство - ров. В ГОСТ 121005—88 асбесто­цемент отнесен к 4-му классу опас­ности (как и цемент) и не считается канцерогенным материалом. Поэто­Му Применение АЦО для изготовле­ния стеновых изделий, отделывае­мых изнутри, допустимо для всех видов зданий.

Сухие АЦО представляют собой бой, брак, обрезки и стружку асбесто­цементных изделий и асбестоцемен­тную пыль (АП) — тонкодисперсный порошок, получаемый при резке и шлифовке асбестоцементных изде­лий, улавливаемый в циклонах и рукавных фильтрах.

Анализ литературных источников и патентной информации свиде­тельствует о том, что большинство предложений по утилизации асбе­стоцементных отходов связано с получением материалов и изделий, в которых отходы выступают либо в качестве заполнителя в композици­ях с портландцементом, гипсом, жидким стеклом, полимерами или другими вяжущими материалами, либо в качестве самостоятельного вяжущего, для восстановления ре­акционной способности которого применяются энерго - и трудоемкие термообработка и помол.

Матералы и изделия, полученные без применения вяжущих, имеют высокую пористость и низкую мо­розостойкость, вследствие чего не могут применяться в наружных кон­струкциях зданий. К тому же проч­ность материалов составляет всего

6— 9 МПа, и даже при малой толщине изделий (облицовочная плитка) тре­буется весьма значительное давле­ние прессования (30—50 МПа), что приводит к удлинению технологиче­ского цикла и повышает износ техно­логического оборудования.

Исследования, проведенные на­ми, позволили разработать техноло­гию получения прочного и морозо­стойкого материала на основе сухих АЦО без дополнительного введения вяжущих веществ, без обжига и помола. В качестве заполнителя были использованы дробленые АЦО с размером частиц до 10 мм, а в качестве вяжущего — пыль, получа­емая при резке, и шлифовке асбе­стоцементных изделий, и мелкозер­нистая высокоосновная

(СаО+М$*0 = 32—37 %, Мс - 0,96) золошлаковая смесь (ЗШС) из цик­лонов, полученная в вагранках при производстве минеральной ваты. Ос­новные свойства АП приведены ниже.

Удельная

Поверхность, м2/кг....................... 640—680

Остаток на сите 008, % ... 36—39

Нормальная густота, % ... 75—8С

Сроки схватывания, ч-мин

Начало........................................... 3-30

Конец 21-ОС

Активность по

ГОСТ 310.3—76, МПа...................... 6,3—6,5

Прочность при изгибе, МПа. 2,5—2,7

Активность АП, определенная стандартным способом, невелика, несмотря на наличие значительного клинкерного фонда (как показал

Количественный рентгеновский анализ, не гидратировано около 50 % одного из наиболее активных минералов — алита). Одна из при­чин этого — высокая удельная поверхность АП и, как следствие, значительная водопотребность.

Необходимо отметить, что запол­нитель из сухих АДО, так же как и АП, содержит негидратированные клинкерные минералы и Са(ОН)2, что также способствует повышению прочности материала.

Для получения прочного и моро­зостойкого материала на основе сухих АЦО применяли особо жест­кие смеси. Это было вызвано вы­сокой водопотребностью смесей и наличием волокон асбеста, препят­ствующих сближению частиц. Об удобоукладываемости таких смесей можно судить по коэффициенту выхода при одинаковых условиях уплотнения. Установлено, что каче­ственное уплотнение смесей на основе сухих АЦО можно получить при статическом двустороннем прессовании при давлении 20 МПа и выдержке при этом давлении в течение 30 с. Об этом свидетельст­вуют графики зависимости коэффи­циентов выхода бетонной смеси, а также показателя среднего размера открытых капиллярных пор от дав­ления прессования, из которых сле­дует наиболее интенсивное измене­ние указанных показателей при росте давления прессования от 0 до 20 МПа и относительная стабили­зация в области 20—40 МПа.

В качестве ТВО применяли про­паривание при температуре 90— 95 °С по режиму 3 + 10 + 2 ч. Пред­варительную выдержку перед ТВО можно не делать без заметного ущерба для качества изделий, так как после прессования сырец имеет достаточную прочность при растя­жении (около 0,5 МПа), превыша­ющую напряжения, возникающие в бетоне при пропаривании за счет избыточного давления воды и пара внутри него.

Оптимальные составы [2] были определены с использованием ма­тематического планирования экспе­римента. Некоторые важнейшие свойства материала на основе сухих АЦО приведены в таблице.

Заключение о качестве материала и области его применения можно сделать только после изучения его физико-технических свойств и пока­зателей долговечности. С этой целью исследовали качественный состав и структуру асбестоцементошлакозоль­ного камня после пропаривания и хранения во влажных условиях до достижения возраста 28 сут. Структу­ру синтезированных новообразова­ний изучали с использованием ком­плекса методов — рентгенофазного, дифференциально-термического, спектрального и электронно-микро­скопического анализов.

Общим недостатком всех соста­вов является повышенное водопо- глощение и сорбционная влаж­ность, что ухудшает теплотехниче­ские свойства и морозостойкость конструкций. Для их устранения была применена модификация ма­териала кремнийорганическим пол­имером 136-41 (ГКЖ-94). Выяс­нилось, что в силу ряда причин более эффективной, по сравнению с объемной, является поверхностная гидрофобизация (оптимальная кон­центрация эмульсии — 15—20 %). При этом сорбционная влажность, поверхностное и объемное водопог - лощение становятся весьма малы­ми. Такое покрытие выдерживает длительное воздействие влаги, что обусловливает значительное повы­шение морозостойкости материала.

Дилатометрические исследова­ния показали, что приведенное отно­сительное удлинение Е I, являющееся показателем долговечности, при за­мораживании материала на основе сухих АЦО, поверхность которого модифицирована 20 % - ным полиме­ром 136-41, близко к нулю. Испыта­ния на морозное разрушение подтвер­дили высокую эффективность повер­хностной гидрофобизацин (морозо­стойкость повысилась в 2—4 раза).

Рентгенофазовый и дифференци­ально-термический анализы показа­ли по сравнению с исходными отходами снижение концентрации гидроксида кальция, повышение степени гидратации минералов це­ментного клинкера, гидратацию ге- ленита, увеличение количества низ­коосновных гидросиликатов каль­ция - С8Н(В).

В сканирующий электронный микроскоп видна однородная масса, где зольные частицы сильно пере­работаны и покрыты гидратными новообразованиями. В порах замет­ны крупные игольчатые кристаллы этгрингита, а в трещинах — асбес­товые волокна, сросшиеся с цемен­тным камнем. На сколе поверхно­сти, покрытой 20 %-ной эмульсией полимера 136-41 заметна тонкая пленка (15—25 мкм), характеризу­ющаяся хорошей адгезией.

При помощи численного спект­рального анализа микрошлифа раз­работанного материала на установке «САМЕВАХ» было выявлено следу­ющее. Частицы ЗШС различного минерального состава имеют геле­видные гидратные окаймления. В составе этих частиц обнаружены геленит — (2СаО-АЬОз-5Ю2), окерманит (2Ca0•Mg0•2Si02), ок­сид кремния БЮг (в стекловидном состоянии), а также минералы, ха­рактерные для клинкера. Большая часть последних представлена орто­силикатом кальция 2Са0 8Юг (бе - литом), обычно окаймленным свет­лым промежуточным веществом, состав которого близок к С4А1'. Встречаются также агрегаты белита, алита и С4АР. В реакционных геле­видных окаймлениях химический состав близок к составу самих зерен, но с большим содержанием кислорода, что свидетельствует о наличии гидратной воды. У крупных зольных стекловидных частиц ми­неральный состав реакционных окаймлений представлен гидрогра­натами ЗСаО-А120з-0,58Ю2'5Н20 и субмикрокристаллическими гид­росиликатами кальция группы С8Н(В) - СаО^Юг-пНгО. У частиц с мозаичной структурой и с игло­образными минералами составы окаймлений аналогичны и также представлены в основном С8Н(В) и гидрогранатами типа СзАБШ. Большинство новообразований не­растворимы в воде, устойчивы к атмосферным воздействиям и поэ­тому обеспечивают высокую проч­ность и долговечность материала.

Испытания материала после че­тырех лет выдержки образцов в натурных условиях Ульяновска по­казали увеличение прочности на 10—20 % и снижение пористости на 2—5 %, что свидетельствует об устойчивости новообразований.

Таким образом, разработана эф­фективная технология производства стеновых камней и кирпичей на основе сухих АЦО, включающая следующие операции:

— дробление сухих АЦО, рассев на фракции 5—10 и 0—5 мм и возврат крупных частиц на по­вторное дробление;

— приготовление сырьевой компози­ции перемешиванием предвари­тельно дозированных щебня и песка из сухих АЦО, ЗШЛ, АП и воды;

— формование в пресс-формах с выдержкой при максимальном давлении 20 МПа в течение 30 с;

— тепловлажностная обработка в пропарочных камерах по режиму

3+ 10 + 2 ч. при 90-95 °С.

Список литературы

1. Багаутдинов А. А., Нейман С. М Утилизация асбестоцементных отходов в производстве строительных матери­алов //Строит, матер. 1993. № 4.

2. Багаутдинов А. А., Горчаков Г. И., Колесников Б. И. Сырьевая смесь для изготовления строительных изделий: Патент РФ № 2008294 // Официаль­ный бюллетень изобретений. М.: ВНИ - ИПИ. 1994. № 4. С. 81

SHAPE \* MERGEFORMAT

В. Я. ТОЛКАЧЕВ, канд. техн. наук, Г. И. БЕРДОВ, д-р техн. наук,

Н. П. ТОЛКАЧЕВА, канд. техн. наук (Кирпичный завод АО “КрАЗ”, Красноярск)