CC BY
45
ВОДОСТОЙКОСТЬ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ КАУСТИЧЕСКОГО МАГНЕЗИТА, МОДИФИЦИРОВАННОГО ОТХОДАМИ АСБОЦЕМЕНТНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
WATER RESISTANCE OF THE CAUSTIC MAGNESITE MATERIALS MODIFIED WITH THE ASBESTOS CEMENT FACTORY WASTE PRODUCTS
B.B. Козлов, Ю.В.Устинова, А.Е.Насонова, В.И.Боброва
V.V.Kozlov, Yu.V Ustinova., A.E.Nasonova, V.I.Bobrova
ГОУ ВПО МГСУ
В статье рассмотрены перспективы применения отходов асбестоцементных производств для модификации материалов на основе каустического магнезита.
The article covers the perspectives of the asbestos cement factory waste products application in the modification of the caustic magnesite materials.
Уменьшение количества отходов промышленных производств является одной из актуальных задач современной технологии. Согласно принятой в Европе концепции, существуют следующие приоритеты утилизации отходов [1]:
1. Поиск отраслей, для которых данные отходы могут являться сырьем.
2. Вторичное использование.
3. Модификации, позволяющие использовать отходы в качестве сырья.
4. Переработка отходов в энергию.
5. Захоронение.
В наиболее развитых в плане переработки отходов странах Евросоюза (Норвегия, Швеция, Дания) захоронению подвергается не более 2% промышленных и бытовых отходов.
Перспективной технологией надежной иммобилизации отходов (в том числе и токсичных) является их включение в минеральные матрицы на основе магнезиально-минерально-солевых композициий, приготавливаемых на основе широко распространенных минералов [2]. Основными компонентами таких материалов являются каустический магнезит (или доломит), раствор хлористого магния (бишофита) и минеральный наполнитель (различные отходы производства и потребления). Полученные на основе материалы могут быть применены как для иммобилизации отходов, так и для строительства морских и иных сооружений.
Согласно [3], сегодня в мире увеличивается производство бетонов с высокой прочностью к сжатию и растяжению, которые приготовлены из каустического магнезита и вторсырья резины.
Таким образом, в статье была исследована возможность получить водостойкие материалы на основе каустического магнезита и хризотил-асбеста.
Хризотил-асбест выбран в силу того, что в России на сегодняшний день не решена проблема утилизации его отхода. Надежные способы захоронения шламов являют-
1/2П11 ВЕСТНИК
_угогт_мгсу
ся дорогостоящими, поэтому в мировой и отечественной практике почти не применяются. В то же время вывоз отходов на свалку без специальной обработки запрещен. Асбестоцементные отходы и шламы в своем составе имеют компоненты, пригодные для получения на их основе строительных материалов различного назначения. Нельзя не отметить и еще одну причину, по которой вопросам их утилизации в настоящее время уделяется большое внимание: нехватку природных сырьевых ресурсов и повсеместное их удорожание [4]. На практике довольно часто не используются исходные преимущества отхода: дисперсность, агрегатное состояние, наличие химически активных фаз (способность к химическому взаимодействию, гидратации, твердению) и поверхностно-активных веществ. Обычно основным критерием выбора отходов служит их химический состав. При таком подходе сырье безвозвратно теряет свои уникальные свойства. Согласно исследованиям [5, 6], у волокон асбеста с продуктами гидратации клинкерных минералов и последующей их карбонизации изменяются седиментацион-ные характеристики. Такие волокна не способны витать и попадать в органы дыхания, что снимает вопросы по экологической вредности асбеста.
Использование в качестве минеральной матрицы каустического магнезита обусловлено совокупностью свойств данного вяжущего. Прежде всего, в экологическом аспекте важно то, что каустический магнезит является одной из наиболее вероятных альтернатив энергоемкому портландцементу [3]. Каустический магнезит способен смешиваться с разнообразными инертными наполнителями, при этом масса наполнителя может составлять до 100% от массы вяжущего. Он не дает усадки при твердении. Образующийся цементный камень имеет высокую прочность, он обладает огнеупорными свойствами, высокой износостойкостью и т.д. Основными недостатками магнезиальных вяжущих являются высокое водопоглощение, низкая водостойкость продукта твердения, что делает возможным использование изделий на основе магнезиальных вяжущих только в условиях, исключающих попадание влаги. Согласно [4], 5%-ные добавки хризотил-асбеста в портландцементную смесь положительно влияют на прочность образующегося цементного камня.
Нами было исследовано влияние хризотила-асбеста как модифицирующей добавки на прочность и водостойкость изделий на основе магнезиального вяжущего.
Для изготовления образцов использовались следующие компоненты: Бишофит (]^С12-6Н20).
Каустический магнезит (]^0) ПКМ-75ГОСТ 1216-87. Кислота серная (Н2Б04) 98% вес. концентрации ГОСТ 2184-77. Хризотил-асбест (ХА). Полотно-адгезив. Листы из пластика АБС.
Процесс изготовления образцов начинали с перетирания хризотил-асбеста с серной кислотой. В литературе описано перетирание тонкоизмельченного серпентина с концентрированной серной кислотой при нагревании до 40°С [8], в результате чего образовывалось высокопрочное вяжущее. В целях снижения энергоемкости процесса исследование проводилось при комнатной температуре. Смесь хризотил-асбеста с серной кислотой разбавлялась водой, и полученной суспензией затворяли каустический магнезит.
Серная кислота в данном эксперименте, в соответствии с гипотезой, «активировала» хризотил-асбест, создавая центры кристаллизации основных сульфатов и силикатов магния, отличающихся высокой прочностью и водостойкостью.
Согласно литературным данным [9], понижение рН цементной смеси приводит к повышению прочности и понижению гигроскопичности цементного камня. Следует
также отметить, что кислая водная суспензия хризотил-асбеста является отходом некоторых производств [10].
Полученное тесто раскатывали в плитный материал. Образцы высушивали на подложке, согласно методике, описанной в [7] и высушивали в течение недели при комнатной температуре.
Прочность полученного плитного материала определяли неразрушающими методами (метод упругого отскока прибором ОНИКС 2). Затем образцы погружали в воду на 7 дней (согласно [7], это время необходимо для достижения образцами состояния водонасыщения). Водонасыщенные образцы подвергали повторным испытаниям на прочность. Результаты исследований приведены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты исследования прочности и водостойкости образцов плитного материала на
основе каустического магнезита
№ серий образцов Компоненты смести, в % от массы каустического магнезита Показатели прочности и водостойкости
MgO ХА H2SO4 Прочность при сжатии сухого образца, МПа Прочность при сжатии водонасыщен-ного образца, МПа Коэффициент размягчения
1 100% 0% 17% 30,6 10,5 0,3
2 100% 2% 17% 26,1 12,1 0,46
3 100% 6% 17% 21,5 16,7 0,77
4 100% 10% 17% 16,4 16,1 0,98
5 100% 2% 3,4% 10,5 Вне зоны достоверности метода измерения -
6 100% 2% 6,8% 17,5 17,0 0,98
7 100% 2% 10,2% 30,6 18,5 0,60
8 100% 2% 17% 26,1 12,1 0,46
Для проверки влияния больших концентраций серной кислоты на характеристики плитного материала был изготовлен образец, содержащий 10% хризотил-асбеста и 50% по массе серной кислоты. Образец отличался высоким пределом прочности при сжатии (около 30 МПа) и крайне низкой водостойкостью, т.к. он полностью распался в воде через сутки.
Образцы серии 4 подвергались пяти циклам водонасыщения и высушивания. При этом прочность влагонасыщенных образцов не изменилась. Масса сухих образцов после данных испытаний уменьшилась всего на 2%. В то время как испытанные нами ранее образцы после двух циклов водонасыщения-высушивания теряли в массе около 25-27% [7].
Как показывают результаты исследований, увеличение содержания серной кислоты (в пределах до 10-17%) приводит к увеличению прочности образующегося цементного камня. Но высокое содержание серной кислоты, с другой стороны, снижает его водостойкость.
В исследованных нами интервалах значений важны не абсолютные величины добавки хризотил-асбеста и серной кислоты, а соотношение между ними. Оно оптимально в соотношении 1:1,5 - 1:2,5.
Литература
1. Иан Мандерс. Переработка отходов и производство энергии из отходов в Евросоюзе// доклад на Международной конференции Waste 2 Business Solutions. - Москва. - 2010.
1/2П11 ВЕСТНИК
_угогт_мгсу
2. Вайсберг Л.А., Арсентьев В.А., Зарогатский Л.П., Сафронов А.Н., Степанян A.C. Новые технологии переработки твердых промышленных и бытовых отходов// Современные проблемы комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья (Плаксинские чтения). Материалы международного совещания, СПб., -2005.
3. A.K.Misra, Renu Mathur. Magnesium oxychloride cement concrete// Bull. Mater.Sci. - 2007. - v.30. - N3.
4. Губская А.Г., Васильева Л.В. Асбестоцементные отходы: возможности использования для производства строительных материалов// Архитектура и строительство. - 2010. - №5
5. Лугинина И.Г., Везенцев А.И., Нейма, С.М., Турский В.В., Наумова Л.Н., Нестерова Л.Л. Изменение свойств хризотил-асбеста в асбестоцементных изделиях под действием цементного камня и погодных факторов // Строительные материалы. - 2001. - № 9. - С. 16-18.
6. Манакова, Н.С., Кашанский, C.B., Плотко, Э.Г., Селянкина, К.П., Макаренко, Н.П. Использование асбестоцемента: эколого-гигиенические аспекты // Строительные материалы. -2001. - № 9. - С. 19-20.
7. Никифорова Т.П., Устинова Ю.В., Насонова А.Е. Сидоров В.И. Экологическая оценка плитных материалов на основе каустического магнезита по их жизненному циклу// Вестник МГСУ. - 2010. - №1. - с.288-293.
8. Патент РФ 2375323.
9. Зимич В.В. Эффективные магнезиальные вяжущие строительного назначения// Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук. - Челябинск. - 2010.
10. Патент РФ 2262484.
The literature
1. Jan Manders. Processing of a waste and manufacture of energy from a waste in the European Union//the report at the International conference Waste 2 Business Solutions. - Moscow. - 2010.
2. Vajsberg L.A., Arsentev V. A, Zarogatskij L.P., Safronov A.N., Stepanyan A.S. The new technology of processing of a firm industrial and household waste//Modern problems of complex processing of natural and technogenic mineral raw materials (Plaksinsky readings). Materials of the international meeting, - SPb., 2005.
3. A.K.Misra, Renu Mathur. Magnesium oxychloride cement concrete//Bull. Mater. Sci-2007. -V.30. - N3.
4. Gubskaja A.G., Vasileva L.V.. Asbestos-cement waste: possibilities of use for manufacture of building materials//Architecture and building. - 2010. - №5.
5. Luginina I.G., Vezentsev A.I., Neumann C.M., Tursky V.V., Naumov L.N., Nesterov L.L. change of properties of chryzotile-asbestos in asbestos cement products under the influence of a cement stone and weather factors//Building materials. - 2001. - № 9. - p. 16-18.
6. Manakov N.S., Kashan S.V., Plotko E.G., Seljankina K.P., Makarenko N.P. Use of a fi-brocement: ecological & hygienic aspects//Building materials. - 2001. - № 9. - p. 19-20.
7. Nikiforova T.P., Ustinova Yu.V., Nasonova A.E., Sidorov V.I. An ecological estimation of the plate materials based on a caustic magnesite on their life cycle//Bulletin of MSUCE. - 2010. - №1. - p. 288-293.
8. Patent of the Russian Federation 2375323.
9. Zimich V.V. Effective magnesium binding materials for the constructions/Author's abstract of dissertation on competition of degree of Cand.Tech.Sci. - Chelyabinsk. - 2010.
10. Patent of the Russian Federation 2262484.
Ключевые слова: магнезиальные вяжущие, водостойкость, прочность, хризотил-асбест, серная кислота, отходы асбестоцементных производств, утилизация отходов.
Ключевые слова: magnesium binding materials, water resistance, strength, serpentine, sulfuric acid, asbestos cement factory waste products, recycling of wastes .
E-mail авторов: ustinova.ju@gmail.com
Рецензент: Мясоедов E.M.
