CC BY
80
ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ отходов ХРИЗОТИЛЦЕМЕНТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
WAYS OF USING CHRYSOTILE CEMENT INDUSRTRY WASTE
B.B. Козлов, K.H. Попов, А.Г. Межов, А. И. Лиляк
V.V. Kozlov, K.N. Popov, A.G. Mezhov, A.I. Liljak
ГОУ ВПО МГСУ
В статье анализируется возможность использования отходов хризотилце-ментного производства для создания вяжущего на цементной основе.
In the article are analyses the ways of using chrysotile cement industry waste to creation new cement product.
Современная строительная индустрия предъявляет требования для создания ресурсосберегающих технологий. Эти задачи можно решить с помощью оптимизаций производственного процесса, нахождение альтернативных видов энергии, а также вторичным использованием отходов различных производств.
Хризотилцементные заводы вырабатывают как типичные для многих производств отходы (дымовые газы и т.д.), так и специфические - хризотиловую пыль, влажные хризотилцементные смеси, бой листов и труб, макулатуру от использованных бумажных мешков. Кроме этого существует еще один вид отходов напрямую не связанный с производством - это отслужившие свой срок хризотилцементные изделия.
В литературных источниках широко представлены данные о свойствах и способах применения отходов, однако лишь малая их часть применяется на практике. Одна из основных причин этого является большая трудоемкость представленных решений и нежелание производителей участвовать в долгосрочных инвестициях. Поставив целью использование отходов необходимо разработать максимально простой и энергоемкий способ, который мог бы быть применен вне производства.
Влажные отходы являются осадком сточных вод, представляют собой вязкопла-стичную массу, состоящую в основном из волокон хризотила и продуктов гидратации цементного клинкера. Перед попаданием в отстойник волокна хризотила и зерна цемента находятся в водном растворе с повышенным В/Ц (в несколько раз). Согласно исследованию [4] через 12-14 часов после хранения в отстойниках количество про-гидратированного цемента составляет до 99%.
Количество хризотила в отходах можно оценить сравнив содержание MgO в чистом хризотиле (рис. 1) ив отходах, т.к. известно [1] между волокном и цементом не происходит химического взаимодействия. В исходном волокне MgO составляет 47%, а в отходах 5% по массе, при этом в исходном цементе MgO - 1%. Соответственно хризотил в отходах содержится в количестве примерно 8% по массе. Способность к дальнейшей гидратации отходов зависит от содержания свободного CaO.
1/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
Даже без дополнительной обработки, отходы высушенные до постоянной массы демонстрируют свойства неорганического вяжущего, т.е. при затворении водой образуют вязкопластичную массу способную со временем затвердевать. Стоит отметить, что отходы часто хранятся на открытых площадях, что обуславливает появление инородных каменистых включений. После сушки отходы желательно пропустить через сито с диаметром не менее 2,5 мм.
Вяжущее на цементной основе может быть активировано путем термообработки, помола или введения добавок и свежего цемента. В исследовании [3] показано, что наиболее оптимальным способом
активации отходов является механический помол в мельнице. По нашему мнению перед началом помола отходы необходимо высушить до постоянной массы.
В зависимости от ориентации армирующих частиц композиционные материалы разделяют на изотропные и анизотропные [5]. Хризотилцемент обладает анизотропными свойствами за счет слоистой структуры. В технологии хризотилцементных изделий [2] одним из наиболее важных процессов является распушка в гидропушители пучков волокон до заданных геометрических параметров. После этого к смеси воды и хризотила вводится цемент, получаемая смесь имеет избыточное количество воды, которая удаляется после с помощью прессования. До начала прессования смесь оказывается на форматном барабане, который двигаясь, позволяет упорядочить волокна в рабочей плоскости. Все эти процессы могут происходить только на специализированных предприятиях.
Рис. 1. Микрофотография чистого хризотила
Рис. 2. Микрофотография влажных хризотилцементных отходов
Известно [1], что разрушение бетона может происходить в трех случаях: разрушается заполнитель, цементный камень или контактная зона заполнитель-цемент. Применительно к хризотилцементу эта теория также справедлива, только вместо заполнителя выступают хризотиловые волокна. На микрофотографиях шифера 60-летнего возраста (рис. 3) виден характер разрушения материала, которое происходит по волокнам или по цементному камню. Наиболее прочной является контактная зона волокно-цемент, что объясняется активной адсорбции волокном Са(ОН)2 (причем поглощение на начальных стадиях носит хемосорбционный характер), усадкой цемента при твердении, а также уплотнением структуры за счет карбонизации Са(ОН)2. Следовательно, волокно может покинуть пределы изделия только в случае механического повреждения изделия, самопроизвольная эмиссия волокон практически исключена.
Рис. 3. Микрофотография хризотилцемента 60-летнего возраста
Рационально изготовить изделие, в котором хризотилцементные отходы будут выполнять роль активного заполнителя, но при этом не будут подвергаться существенным изменениям до включения в новое изделие. Производственный процесс не должен содержать высокотехнологичных операций. Предварительный помол обеспечит образование новых поверхностей на цементных зернах способных к дальнейшей гидратации, при этом будет увеличиваться удельная поверхность волокон. Согласно [2] адсорбция Са(ОН)2 хризотилом заметно возрастает после его распушки. За счет этого в новом изделии хризотиловые частицы, очевидно, будут являться центрами кристаллизации гидратных новообразований. Данное изделие будет относиться к композиционным материала с хаотичным армированием. Степень увеличения сопротивления растягивающим усилиям будет зависеть от количества волокон, степени помола отходов и способа формования конечного изделия.
Утилизация отходов хризотилцементного производства позволит освободить площади, занимаемые под их захоронение и решить важную экономическую и экологическую проблемы.
Литература
1. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Высшая школа. - 2002.
2. Верней И.И. Теория формования асбестоцементных листов и труб. М.: Стройиздат. -
1988.
1/2П11 ВЕСТНИК _1/2011 МГСУ
3. Гуюмджян П.П., Кашникова М.Л., Кулигина Т.Н. Использование отходов асбестоце-ментной промышленности // Строительные материалы 2006. № 9. с. 20-21.
4. Нейман С.М., Багаутдинов А.А., Бондаренко М.В. Применение асбестоцементных отходов в производстве строительных материалов. Аналитический обзор. М.: ВНИИЭСМ. -1992.
5. Рабинович Ф.Н. Дисперсно армированные бетоны. М.: Стройиздат. - 1989. The literature
1. Bazhenov U.M. Technology of concrete. M.: High school. - 2002.
2. Bernei I.I. Theory of forming asbestos cement sheets and tubes. M.: Stroiizdat. - 1988.
3. Guyumdzhyan P.P., Kashnikova M.L., Kuligina T.N. The use of waste asbestos industry// Building materials 2006. №9. p. 20-21.
4. Neiman S.M., Bagautdinov A.A., Bondarenko M.V. Using of asbestos cement industry waste. Analytic view. M.: VNIIESM.- 1992.
5. Rabinovitch F.N. Fibrous concrete. M.: Stroiizdat. - 1989.
Ключевые слова: хризотил, хризотилцемент, асбест, асбестоцемент, отходы хризо-тилцементной промышленности, дисперсно армированный бетон, утилизация.
Keywords: chrysotile, chrysotile cement, asbestos, asbestos cement, waste of chrysotile cement industry, fibrous concrete, utilization.
E-mail авторов: alexander.mezhov@gmail.com
Рецензент: вице-президент НО «Хризотиловая ассоциация» Ю. Т. Комаров
