Утилизация асбестоцементных отходов в строительстве Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УТИЛИЗАЦИЯ АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫХ ОТХОДОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

UTILIZATION OF ASBESTOS CEMENT WASTE IN THE BUILDING MATERIALS

Д.В. Орешкин, К.И. Попов, А.И. Лиляк, А.Г. Межов

D.V. Oreshkin, K.N. Popov, A.I. Liljak, A.G. Mezhov

ГОУ ВПО МГСУ

В статье анализируются свойства отходов асбестоцементной промышленности и возможности их утилизации в строительстве. Приводятся свойства цементного камня, асбеста и асбестоцемента.

In the article are analyses characteristics of asbestos cement industry waste and produce the ways to recycling using it in building materials. The properties of concrete matrix, asbestos and asbestos cement are given.

Асбестоцементная промышленность, как и любая другая, оказывает значительное влияние на окружающую среду. Развитие асбестоцементных производств ведет к увеличению потребления водных ресурсов и возрастанию объема асбестосодержащих отходов. Большое их количество накапливается как в процессе производства так и при разборе асбестоцементных строительных конструкций. Это свидетельствует о незавершенности технологической схемы и приводит к нарушению экологического равновесия, загрязнению окружающей среды из-за образования свалок и выбросов [1,2,3,4].

Надежные способы захоронения являются дорогостоящими, поэтому в мировой и отечественной практике практически не применяются. Вывоз отходов на свалку без специальной обработки запрещен. В то же время в мире наблюдается нехватка природных сырьевых ресурсов. В результате совокупности данных факторов все больше внимания уделяется разработке технологий по переработке и утилизации отходов ас-бестоцементного производства.

Во всех асбестоцементных производствах образуются два вида отходов: сухие и влажные. Сухие отходы представляют собой брак, бой асбестоцементных изделий, куски, обрезки листов, стружку, а также пыль от резки и шлифовки асбестоцементных изделий, удерживаемую в циклонах и фильтрах. Объем сухих отходов на предприятиях составляет 2,5...4 % от массы выпускаемой продукции. С другой стороны, образуются влажные отходы, представляющие собой взвесь продуктов гидратации цемента и асбестовых волокон. Эти осадки имеют влажность до 300 %. После отделения части воды в отстойниках, влажные отходы представляют собой пастообразную массу с содержанием воды до 70.80 %. Объем влажных отходов на некоторых заводах достигает, в пересчете на сухую массу 1,7 % от сырья. Влажные отходы целесообразно использовать повторно в производстве. Общие потери по всему технологическому циклу составляют 4.4,5 % от общего количества выпускаемой продукции, а на некоторых предприятиях количество отходов достигает 14 % [1,2,3].

Химический состав асбестоцементных отходов (АЦО) различных производств представлен одними и теми же компонентами, содержание и количество которых за-

1/2П11 ВЕСТНИК

_угогт_мгсу

висит от вида применяемого сырья и меняется в незначительных пределах. Основные оксиды СаО и БЮг, общее содержание которых в АЦО в среднем составляет 69 %. В состав также входит небольшое количество оксидов алюминия и магния. Минеральный состав АЦО [2,4...6] представлен гидросиликатами, гидроалюминатами, гидро-ксидом и карбонатом кальция, а также хризотил-асбестом. Содержание гидратов клинкерных минералов составляет 53.58 % гидроксидов кальция и магния - 27.35 %, карбоната кальция 15.20 %, асбеста - 6.20 %. В размолотых отходах есть клинкерные минералы с гидратной оболочкой [1,3]. Присутствие негидратированных минералов объясняется неполной гидратацией цемента: в процессе производства и обработки изделий гидратация происходит на глубину зерна 6...9 мкм, при его диаметре более 10 мкм. Степень гидратации влажных отходов равна 0,9 еще до выхода из рекуператоров в отстойники. В отстойниках, через 4...6 часов дополнительно гидратирует-ся 9 % цемента и степень его гидратации становится равной 99 % [9]. Данных о степени гидратации цемента в сухих АЦО в литературе нет.

Содержание хризотил-асбеста в АЦО зависит от его дозировки в шихте при производстве изделий и составляет 12.15 % [2,3]. Также большое значение придается роли асбестовых волокон. Она состоит не только в армировании структуры, но также в прохождении реакций гидратации на поверхности волокон, обладающих высокой адсорбционной способностью.

Большая часть свойств сухих АЦО, в отличие от влажных, определяются свойствами асбестоцементных изделий, из которых эти отходы образовывались [2,3].

Асбестоцемент в СССР и России - композит с дисперсной арматурой из хризотил-асбеста с его линейно-плоскостной ориентацией. Армирование можно характеризовать как направленно-сетчатое. Такое строение композиционного материала обусловливает анизотропность его свойств. При растяжении асбестоцемента вдоль наката (сильное направление) прочность оказывается в 1.1,25 раз больше, чем поперек наката (слабое направление). Это зависит от преимущественной ориентировки волокон вдоль наката [3]. Еще ниже прочность на растяжение в направлении, перпендикулярном к слоям.

Цементный камень в асбестоцементе имеет мелкопористую структуру.

Направленно-сетчатое армирование цементного камня характерно для отдельных слоев, снимаемых с сетчатого цилиндра. Поскольку эти слои неоднородны, то изделия, получаемые в результате навивки таких слоев, получаются слоистыми. Плотным и прочным цементным камнем волокна скрепляются в зонах контакта. В результате в асбестоцементе образуется каркас из жестких асбестоцементных волокон, окруженных плотной цементной оболочкой, ячейки которого заполнены цементным камнем меньшей средней плотности (1500.1600 кг/м3) и прочности. Модуль упругости цементного камня в асбестоцементе 0,88 .1,27'104 МПа и его предельная растяжимость 25.40-10"5 существенно отличаются от де-формативных характеристик цементного камня. У цементного камня модуль упругости равен 2104 МПа. предельная растяжимость - 15...20-10"5. Коэффициент Пуассона асбестоцемента в среднем равен 0,22, прочность на растяжение при изгибе - от 17 до 35 МПа. Прочность на сжатие у асбестоцементных изделий не регламентируется, но по [3] составляет более 24,5 МПа. Прочность при изгибе с течением времени увеличивается. В возрасте 20 лет составляет 1,25 Я28. Средняя плотность асбестоцемента, связанная со степенью гидратации вяжущего, с возрастом увеличивается до 1870.1900 кг/м3. Карбонизация гидроксида кальция также приводит к росту средней плотности. Общая пористость асбестоцемента составляет около 20.25 %. Свойства асбестоцемента во многом определяются не только объемом, но и характером пористости его цементного камня. В асбестоцементе около 65 % пор имеют диаметр менее 1 мкм, а поры диаметром более 20 мкм занимают 10.15 % . Пористость преимущественно открытая. В порах находятся воздух и вода, изменение содержания которой приводит к деформациям (в том числе, и короблению).

Коэффициент теплопроводности асбестоцемента существенно зависит от его средней плотности, содержания асбеста, влажности и температуры. Так, при средней плотности асбестоцемента 1900 кг/м3 и естественной влажности коэффициент теплопроводности равен 0,348 Вт/(м-°С) [4], при средней плотности 1600 кг/м3 и сухом состоянии 0,23 Вт/(м °С) [1,3,4]. Необходимо заметить, что теплопроводность данного материала близка к аналогичному показателю ячеистых бетонов в два раза меньшей плотности (800.1000 кг/м3).

Теплостойкость асбестоцемента не превышает 500 °С, из-за дегидратации гидрат-ных новообразований кальция при 480...590 °С. Образуется также свободный CaO, вызывающего растрескивание материала при последующем гашении.

Как показали исследования Г. С. Блоха, И. И. Бернея, В. М. Колбасова и др., прочность асбестоцемента в среднем снижается на 10 % через 25 циклов замораживания-оттаивания при средней плотности 1570 кг/м3, через 50 - при 1670 кг/м3, через 100 - при 1800 кг/м3. Разрушение при многократном замораживании и оттаивании начинается с расслоения асбестоцемента. Морозостойкость листов повышается с увеличением длины волокна. Заметно повышает морозостойкость гидрофобизация.

Таким образом, отходы асбестоцементной промышленности пригодны для использования в производстве строительных материалов.

Как показали предварительные эксперименты АЦО могут быть использованы в качестве активного заполнителя для производства низкомарочных вяжущих.

Литература

1. Микульский В.Г., Сахаров Г.П. и др. Строительные материалы (Материаловедение. Технология конструкционных материалов). - М.: Издательство АСВ, 2007. - 520 с.

2. Багаутдинов A.A. Стеновые строительные изделия на основе отходов асбестоцемент -ного производства. Дисс. канд. техн. наук.- М.: МГСУ - 1994.

3. Нейман С. М., Везенцев А. И., Кашанский С. В. О безопасности асбестоцементных материалов и изделий. М.: РИФ «Стройматериалы», 2006. 64 с.

4. Горчаков Г.И., Лифанов И.И., Багаутдинов A.A., Ахмедов С.С. Прогнозирование теплопроводности композиционных материалов различного строения //Строительные материалы. -1992. - № 4. - С. 27-29.

The literature

1. Mikulsky V.G., Sakharov G.P., etc. Building materials (Materials science. Technology of construction materials). M.: ASV. - 2007. - 520 p.

2. Bagautdinov A.A. Wall construction material on basis of asbestos cement industry waste. Ph.D. thesis. M.: MGSU - 1994.

3. Neiman S.M., Vezentsev A.I., Kashansky S.V. About safety asbestos cement materials and products. M.: 'Building materials' - 2006. - 64 p.

4. Gorchakov G.I., Lifanov I.I., Bagautdinov A.A., Akhmedov S.S. Prediction thermal conduction composite materials in different characteristics // Building materials. - 1992. - № 4. - C. 27-29.

Ключевые слова: отходы асбестоцементной промышленности, асбест, цементный камень, асбестоцемент, хризотил.

Keywords: Withdrawals of asbestos cement industry, asbestos, concrete block, asbestos cement, chrysotile.

E-mail авторов: dmitrii_oreshkin@mail.ru, betonv.83@,mail.ru.alexander.mezhov@gmail.com

Рецензент: вице-президент НО «Хризотиловая ассоциация» Ю. Т. Комаров