CC BY
14УДК 691.327
B.Г. ХОЗИН, д-р техн. наук, О.В. ХОХРЯКОВ, канд. техн. наук,
ФГБОУ ВПО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет»; Б.К. САРСЕНБАЕВ, д-р техн. наук, директор НИИ «Строительных материалов, строительства и архитектуры»; Н.Б. САРСЕНБАЕВ, канд. техн. наук,
C.Д. КАРЫМСАХОВ, инженер (nurali_777@mail.ru), РГП «Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова»
Об эффективности применения промышленных отходов Республики Казахстан для производства цементов низкой водопотребности
Развитие промышленно-технологической цивилизации неизбежно ведет к истощению природного сырья и накоплению огромного количества твердых отходов, запасы которых становятся реальным резервом вторичного сырья, применимого вместо природного. Концепция устойчивого развития цивилизации, принятая в 1992 г. в г. Рио-де-Жанейро и которую приняли 178 стран мира, вызывает необходимость максимального использования промышленных отходов и создание малоотходных технологий.
Очевидно, что наиболее емкой отраслью переработки отходов является строительная [1, 2]. Весьма эффективно это реализовалось еще в 1950—1980-е гг. в Советском Союзе на основе долгосрочных национальных программ по использованию промышленных отходов в различных строительных материалах, в первую очередь в производ-
стве многокомпонентных цементов с использованием доменных шлаков, зол и шлаков теплоэнергетики в качестве гидравлических и пуццолановых добавок. В настоящее время лидерство в применении промышленных отходов при производстве смешанных многокомпонентных цементов перешло к странам Западной Европы, в которых действует стандарт EN 197-1 с 2000 г.
Шлаки — крупнотоннажные техногенные отходы, могут широко применяться и в качестве крупного и мелкого заполнителей в цементных бетонах и как самостоятельные тонкомолотые активные компоненты в цементных бетонах.
Проблема утилизации промышленных отходов остро стоит и в Республике Казахстан, имея ресурсный, экономический и экологический аспекты своего решения. Особенно это касается доменного (ДШ) и электротер-
Таблица 1
Вид шлака Содержание, в %
SiO2 СаО МдО 1"е2°з Р2О5 А12О3 SOз Na2O К20 F ВаО МпО
ДШ 34,82 39,16 6,18 3,45 - 12,7 2 0,72 - - 0,17 0,73
ЭТФШ 42 45,1 2,4 1,25 2,6 2,65 0,43 н/о 0,15 2,2 - -
Наименование показателя Ед. изм. Значение показателя
ЭТФШ ДШ
Модуль крупности - 3,1 -
Содержание фракций 5-10 мм % 0,5 9,5
Содержание фракций 10-20 мм % 0,2 0,5
Фракционный состав 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 <0,16 % частные остатки полные остатки частные остатки полные остатки
8,4 24,05 43,55 18,25 3,73 2,02 8,4 32,45 76 94,25 98 37,8 29,8 22,4 7,4 1,6 1 37,8 67,6 90 97,4 99
Истинная плотность г/см3 2,75 2,67
Насыпная плотность г/см3 1,23 1
Пустотность % 55 62,9
Удельная поверхность см2/г 30-60 30-60
рН (2% раствор) - 10,2 10,9
Таблица 2
82
май 2013
Таблица 3
Наименование показателей ПЦ500Д0 ОАО «Вольскцемент» ЦНВ-50 на основе
без С-3 с С-3 ЭТФШ ДШ
Удельная поверхность вяжущего, см2/г 3200 3200 4800 4650
Время совместного измельчения, мин - - 20 22
Энергозатраты, Вт.ч/кг - - 330 367
Содержание СП С-3 (% от вяжущего) - 1 1 1
Насыпная плотность вяжущего, кг/м3 1100 1100 958 910
Нормальная густота (НГ), % 25 20 22 22
Снижение НГ, % - 20 12 12
Сроки схватывания, ч-мин
- начало 2-35 1-30 3-50 4-10
- конец 3-50 5-35 7-50 5-30
Водоцементное отношение (В/Ц) 0,44 0,35 0,33 0,31
Расплыв конуса (ГОСТ 310.4), мм 112 110 118 115
Снижение В/Ц, % - 20,5 25 29,5
Активность вяжущего в возрасте 1 сут нормального твердения, МПа: - при изгибе 3,3 3,7 2,6 5,7
- при сжатии 13,8 16 10 27,9
Активность вяжущего в возрасте 3 сут нормального твердения, МПа: - при изгибе 4,2 5,2 4,6 6,3
- при сжатии 24,1 32 30,3 46,3
Активность вяжущего в возрасте 7 сут нормального твердения, МПа: - при изгибе 4,9 5,8 5,7 6,9
- при сжатии 36,9 43,5 45,2 68,3
Активность вяжущего в возрасте 28 сут нормального твердения, МПа: - при изгибе 5,9 6,7 6,4 7
- при сжатии 53,7 62,1 66 86,3
Марка вяжущего по прочности 500 600 600 800
мофосфорного шлаков (ЭТФШ) (табл. 1), скопившихся в отвалах в размере соответственно 80 и 10 млн т. Причем ежегодный прирост ЭТФШ составляет не менее 900 тыс. т.
На примере этих шлаков показана эффективность их применения в составе цементов низкой водопотреб-ности (ЦНВ) — разновидности композиционных цементных вяжущих, научно-технологические основы которых были заложены советскими учеными еще в 80-90-е гг. прошлого века [3]. Главными достоинствами технологии ЦНВ является безотходность, сбережение запасов ценного природного сырья, а также «всеядность», обусловленная возможностью использования разнообразных отходов и нерудных ископаемых как активных компонентов вяжущего. При этом в атмосферу не выбрасываются ни углекислый газ, ни пыль, как это происходит при производстве портландцемента.
Время, мин
Размолоспособность ЦНВ-50 со шлаками: 1 - ЦНВ-50 на ДШ; 2 - ЦНВ-50 на ЭТФШ
В табл. 2 представлены основные физико-технические свойства шлаков, из которых следует, что по фракционному составу они близки к крупным пескам и, следовательно, не требуют переработки путем дробления. Оба шлака создают щелочную среду, что благоприятно для твердения цементных бетонов.
На рисунке показаны кинетические кривые помола двух ЦНВ-50 на соответствующих шлаках. ЦНВ-50 (соотношение ПЦ и шлака 1:1) получали путем совместного помола в лабораторной вибрационно-шаровой мельнице СВМ-3 ПЦ500Д0 (ТОО «Стандарт Цемент», Республика Казахстан) шлака (ЭТФШ или ДШ) и суперпластификатора С-3 (1% от массы ЦНВ) до удельной поверхности 4600—4800 см2/г. Кривые свидетельствуют, что размолоспособность обоих ЦНВ-50 практически идентична, есть лишь незначительно большая размолоспособность ЦНВ-50, содержащего ЭТФШ.
Проведена сравнительная оценка физико-механических свойств ПЦ500Д0 и ЦНВ-50 в соответствии с ГОСТ 310.3-76 и ГОСТ 310.4-81. Способ введения суперпластификатора С-3 в ПЦ500Д0 — с водой затворения. Результаты исследования представлены в табл. 3.
Из табл. 3 следует, что наибольшую эффективность в ЦНВ-50 показал доменный шлак. Активность его по прочности в возрасте 28 сут составила 86,3 МПа, что соответствует марке 800. Весьма существенно возросла суточная прочность вяжущего (Л1=27,9 МПа) в сравнении с ЦНВ-50 на ЭТФШ, у которого в первое время происходит замедление твердения (Л1=10 МПа). У обоих ЦНВ-50 наблюдается некоторое замедление сроков схватывания, которое, впрочем, не выходит за рамки значений, установленных ГОСТом. Отмечено,
май 2013
83
что ЦНВ, имея повышенную удельную поверхность в сравнении с цементом, отличается меньшей насыпной плотностью, следовательно, это должно быть учтено при заполнении силосных емкостей и расходных бункеров.
Таким образом, шлаки Казахстана (доменный и электротермофосфорный) являются весьма эффективными компонентами для производства ЦНВ. При этом могут быть решены три задачи: экологическая, сырьевая и экономическая. Высокие физико-механические свойства ЦНВ-50, а именно превышение физико-механических показателей исходного портландцемента ПЦ500Д0 при двойном разбавлении шлаками, а в случае доменного и большем (реальна возможность получения ЦНВ-30 — 30% клинкера) с сохранением марки исходного ПЦ), не вызывают сомнения в перспективности создания производств ЦНВ вблизи крупнотоннажных отвалов этого ценного вторичного сырья.
Ключевые слова: цемент низкой водопотребности, шлаки, размолоспособность, активность.
Список литературы
1. Ильичев В.А., Карпенко Н.И., Ярмаковский В.Н. О развитии производства строительных материалов на основе вторичных продуктов промышленности // Строительные материалы. 2011. № 4. С. 36—42.
2. Жарко В.И., Гузь В.А., Кабанов А.А. и др. Сырьевая база вторичных ресурсов в производстве строительных материалов // ЛШПогш Международное аналитическое обозрение. Цемент. Бетон. Сухие смеси. 2011. № 2(19). С. 11-27.
3. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. 2-е изд., перераб. и доп. М., 1998. 768 с.
Химические списки как технические барьеры торговли в рамках ВТО
В последнее время увеличивается число случаев, когда появление тех или иных технических барьеров и ограничений вытекает из участия страны в международных соглашениях. Это связано с расширением международного сотрудничества в области стандартизации и защиты окружающей среды.
Самый яркий пример — Роттердамская конвенция — одно из ключевых многосторонних экологических соглашений, содержащих положения, связанные с торговлей. Эта Конвенция требует предоставления информации о рисках для здоровья и окружающей среды, связанных с использованием опасных химических веществ, и оказывает влияние на импорт и экспорт таких товаров. Правительства могут запретить импорт веществ, включенных в список Приложения III Конвенции.
В списке опасных веществ находится множество материалов, представляющих реальную угрозу населению. Наиболее болезненной для России в настоящее время остается проблема использования хризотилового асбеста. Не первый год группа активистов активно лоббирует включение этого материала в Приложение III Роттердамской конвенции.
Хризотил — одна из наиболее распространенных разновидностей широкого класса материалов, объединенных общим наименованием «асбест». Все разновидности асбеста могут использоваться для производства дешевых и качественных строительных материалов (шифер, теплоизоляционные материалы, трубы и т. д.),
21-24 января 2014 Красноярск
XXII СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА W СТРОИТЕЛЬСТВО Ч АРХИТЕКТУРА
МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ, ОТДЕЛКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗДАНИЙ 1
Организатор - Официальная ВК «Красноярская ярмарка» поддержка: л и г. Красноярск, ул. Авиаторов, 19, МВДЦ «Сибирь» тел.: (391) 22-88-405, 22-88-611 (круглосуточно) build@krasfair.ru www.krasfair.ru 1
тем не менее, это совершенно разные по своей химической структуре минералы. Волокна хризотила растворяются в кислотной среде и быстро выводятся из организма человека, не причиняя никакого вреда. В то же время другая разновидность минерала — амфиболовый асбест — из организма не выводится и может становиться причиной различных заболеваний. После проведения соответствующих научных исследований использование амфиболового асбеста во всем мире было полностью запрещено. Однако для успешного продвижения более дорогих синтетических материалов группа активистов выступает за запрет использования хризотила. Под влияние лоббистов попал целый ряд стран, однако никаких научных обоснований угрозы хризотила нет. При контролируемом использовании (то есть при соблюдении правил безопасности и индивидуальной защиты на производствах) материал безопасен для здоровья.
Не стала исключением и VI конференция сторон Конвенции, завершившаяся в середине мая. Вопрос о включении хризотила в запретительный список был в очередной поставлен на повестку дня. Благодаря слаженным действиям профсоюзных организаций, а также поддержке от представителей Минздрава, Россия выразила категорическое несогласие с данным предложением и потребовала снять вопрос с рассмотрения. В итоге заседания попытка внесения хризотила в Приложение III было заблокировано решением семи стран (Россия, Казахстан, Кыргызстан, Индия, Зимбабве, Украина и Вьетнам).
По материалам НО «Хризотиловая ассоциация»
84
май 2013
jVJ ®
