CC BY
23ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ЦЕМЕНТОВ И БЕТОНОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЗОЛЬНЫМИ ОСТАТКАМИ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ Джаббарова Н.Э.1, Аббасова Н.Н.2
1Джаббарова Нателла Эйюбовна - кандидат химических наук, доцент; 2Аббасова Нармина Нариман кызы - магистр, кафедра химии и технологии неорганических веществ, химико-технологический факультет, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: изучено влияние зольных остатков переработки твердых бытовых отходов на свойства цемента и бетона на его основе. Определен минеральный состав цемента и зольных остатков. Установлено, что с увеличением добавки зольных остатков от 20 до 35% прочность бетона возрастает и достигает 80 МПа, причем на 20-е сутки и в более поздние сроки прочность равномерно увеличивается.
Ключевые слова: зольные остатки, твердые бытовые отходы, состав, цемент, бетон, прочность.
УДК: 691.32
Большую проблему с точки зрения экологии представляет утилизация бытовых и промышленных отходов.
На городских свалках ежегодно скапливаются сотни тысяч тонн бытовых отходов. Особую угрозу представляют «дикие» свалки, откуда ядовитые вещества и микроорганизмы, попадая в подземные воды, распространяются на многие километры. На таких свалках сильно размножаются крысы и др. вредители, являющиеся переносчиками болезней. В то же время в бытовом мусоре содержится много ценных веществ: органические соединения, годные для удобрений, бумага, картон, стекло, пластмасса, кожа, древесина, металлы.
В последние годы масса ТБО, поступающих в окружающую среду, достигает вселенских масштабов - более 600 млн тонн в год. В большинстве стран степень утилизации отходов не превышает 20-30%, а для опасных - 10-25%. Сельскохозяйственные отходы утилизируются почти на 70%, а радиоактивные в основном хранятся или подвергаются захоронению [1].
Усовершенствованные свалки не являются радикальным решением проблемы обезвреживания и утилизации бытовых выбросов. В отечественной и зарубежной практике получили распространение механизированные методы очистки на специальных заводах.
И Полигон ■ Сжнгание Н Переработка Н Компостнрованпе Н Другой
Рис. 1. Обработка бытовых отходов в 1995 - 2015 гг. (Евростат, 2017 г.)
5
На рис. 1 показано, что захоронение отходов было доминирующим способом обращения с твердыми отходами в 1995 году в этих странах, однако с тех пор этот показатель постоянно снижается, в то время как объемы сжигания и компоновки отходов в процессе обращения с отходами резко возрастают при значительном росте рециркуляции отходов [2].
Мусоросжигание - один из наиболее распространенных методов утилизации отходов. Вес отходов при сжигании уменьшается в среднем в 3 раза, а также устраняются такие неприятные свойства как выделение токсичных бактерий и жидкостей, запах и пр. В свою очередь, выделенная дополнительная энергия, может быть направлена на получение отопления и электричества. В мире ежегодно образуется более 600 млн тонн золы, а используется менее 15%. Поскольку зола мусоросжигательных заводов содержит оксиды СаО, SiO2, Fe2Oз и А1203, аналогичные составу сырья для цементного производства, это может стать возможной заменой сырья при производстве цемента [7-9].
Общемировое производство цемента ежегодно возрастает и в настоящее время (на 2018 г.) уже достигло примерно 5 млн тонн в год и возрастает ежегодно на 510%. Бетонные смеси с золой обладают большей связностью, меньшим водоотделением и расслоением. Бетон имеет при этом большие прочность, плотность, водонепроницаемость, стойкость к сульфатной коррозии, меньшую теплопроводность [3-5].
В связи с ростом количества бытовых отходов в Азербайджане на территории бывшего Балаханинского полигона по захоронению отходов, в Баку распоряжением Президента Азербайджана Ильхама Алиева от 28 декабря 2011 года создан Балаханинский промышленный парк общей площадью 7 га. Управляющей компанией промышленного парка является ОАО «ТамизШахар» (Чистый Город).
19 декабря 2012 года в «Балаханинском промышленном парке» был запущен завод по сжиганию твердых бытовых отходов, являющийся самой большой станцией по переработке отходов в Восточной Европе и СНГ. Завод построен по технологии 4G и полностью соответствует местным и европейским стандартам защиты окружающей среды. Мощности предприятия позволяют перерабатывать до 200 тысяч тонн твердых бытовых отходов (ТБО), из которых извлекается до 40% вторичного сырья: металлы, стекло, картон, пластик и прочие материалы. При сжигании отходов образуется большое количество летучей и донной золы, которые можно использовать в качестве добавки-наполнителя в строительные материала для дорожного строительства и других областях [6].
В настоящей работе представлены результаты исследования влияния зольных остатков на свойства цемента и бетонов на его основе.
Высушенную и очищенную от металлических и иных включений золу добавляли в цемент в количестве 20, 25, 30 и 35% от массы цемента.
В таблице 1 приведен определенный нами примерный состав цемента и зольного остатка.
Наименование оксидов Содержание, %
цемента зольного остатка
Оксид кальция (СаО) 62 - 65 28,28
Диоксид кремния ^Ю2) 20 - 24 19,59
Оксид алюминия (А1203) 5 - 8 2,68
Оксид железа ^е203) 2 - 5 1,59
Оксид магния (MgO) 0,5 - 6 1,31
Серный ангидрид 0,3 - 1 -
Сумма (№20 + К20) 0,4 - 1,5 -
Двуоксид титана, оксиды хрома и марганца (ТЮ2, Сг2Оэ, Мп203) 0,2 - 0,6 -
Фосфорный ангидрид (Р205) 0,1 - 0,3 -
Минералогический состав образца цемента «Норм» представлен в таблице 2.
Таблица 2. Минералогический состав цементного клинкера.
Наименование минералов Формула Условное обозначени е Содержание, %
Трехкальциевый силикат (алит) ЗСаО • Si02 С^ 65.0
Двухкальциевый силикат (белит) 2СаО • Si02 С^ 13.0
Трехкальциевый алюминит ЗСаО • А1203 С3А 6.0
Четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО • А1203 • Fe20з С4А 14.1
Подтверждение соответствия уровня качества цемента ГОСТ-у 30515. Кинетику изменения прочности бетона с различным содержанием зольных остатков определяли экспериментальным путем (рис. 2).
о
4 8 12 20
Продолжительность твердения, сутки
Рис. 2. Кинетика изменения прочности зольного бетона. Кривые: 1 - 20%; 2 - 25%; 3 - 30 %; 4 - 35 % золы
Результаты показали, что наибольшей прочностью, порядка 80 МПа, обладают бетоны с содержанием золы 35%, причем на 20-е сутки и в более поздние сроки прочность равномерно увеличивается.
Список литературы
1. Клинков А.С., Беляев П.С. и др. Утилизация и переработка твердых бытовых отходов. Тамбов. Изд. ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015.
2. Eurostat, 2017. Statistical office of the European Union Situated in Luxembourg (statistic on Municipal waste statistics in Europe checked in 2017).
3. Волженский А.В. и др. Применение золы и топливных шлаков в производстве строительных метериалов. М. Стройиздат, 1984. 247 с.
4. Баженов Ю.М. Новому веку новые бетоны. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2000, 2, 10-11.
5. Баженов Ю.М. и др. Модифицированные высокопрочные бетоны. АСБ, 2007. 368 с.
6. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://tamizshahar.az/ (дата обращения: 21.04.2020).
7. Pan J.R., Huang, C., Kuo, J.J., Lin, S.H. Recycling MSWI bottom and fly ash as raw materials for Portland cement. WasteManag., 2008, 28, 1113-1118.
8. Rebeiz K.S., Mielich K.L. Construction use of municipal-solid-waste ash. J. EnergyEng. 1995. 121, 2-12.
9. Huang W.J., Chu S.C. A study on the cementlike properties of municipal waste incineration ashes. Cem. Concr. Res., 2003. 33, 1795-1799.
