CC BY
50УДК 579.222.2:624
А.З. ЕФИМЕНКО, д-р техн. наук,
Московский государственный строительный университет
Строительные отходы от сноса зданий -сырье для малоотходных технологий
Решением проблемы утилизации и переработки техногенных отходов может быть создание системы управления рациональным использованием материальных ресурсов. Ее цель — постоянное развитие ресурсосберегающих методов хозяйствования [1]. Составная часть этой системы — комплексная система управления рациональным использованием вторичного сырья, включая бетонные отходы, которая предусматривает проведение:
— научно-технических мероприятий: использование передовой техники и технологии сноса и разборки зданий; сбора и переработки вторичного сырья;
— экономических мероприятий: внутрихозяйственное планирование образования, сбора, транспортировки, использования и реализации отходов и продуктов их переработки; поощрительное налогообложение, кредитование и амортизация; введение льготных транспортных тарифов и штрафов, побудительных и залоговых платежей за образующиеся отходы;
— правовых мероприятий: активная законодательная деятельность в области переработки отходов, в том числе от демонтажа панельных зданий; использование директивных указаний и инструкций в работе с вторичным сырьем; подбор и расстановка кадров; расширение и упорядочение договорных отношений между поставщиками (продавцами) и потребителями;
— экологических мероприятий: использование вторичного сырья с учетом аспектов защиты окружающей среды.
Система носит многоуровневый характер и охватывает все стадии жизненного цикла вторичных материальных ресурсов:
— выявление ресурсов;
— планирование их сбора и использования, сбор и подготовка к потреблению или реализации;
— собственно полезное применение;
— реализация;
— профилактика частичного уничтожения. Организационно-методической, нормативно-технической и правовой основой являются стандарты и сертификация вторичных ресурсов.
Регламентируя прогрессивные нормы, правила и методы, а также этапы и содержание процессов, стандарты вносят ясность в работу исполнителей, четко разграничивая их права и обязанности, устанавливая формы материального и морального стимулирования.
Основные функции стандартов в области управления рациональным использованием вторичных техногенных ресурсов:
— упорядочение внутренних и внешних связей производственных систем для вовлечения в производство отходов, а также повышения эффективности их использования;
— нормирование требований к экономному, рациональному применению вторичного сырья и элементам производства, обеспечивающим выполнение этих требований;
— внедрение в производство достижений научно-технического прогресса и передового опыта (образцы вторичных ресурсов, технологии их полезного применения и улучшения потребительских свойств и т. д.)
— организация трудовых процессов на основе прогрессивной технологии и совершенствования производственных отношений;
— обеспечение контроля за рациональным использованием отходов на стадиях их жизненного цикла;
— управление рациональным использованием дополнительных источников снабжения. Наибольшая доля строительных отходов в России
образуется в виде бетонного и железобетонного лома от сноса панельных зданий первого поколения.
Необходимость переработки бетонного лома, например на щебень для производства нового бетона и железобетона, связана еще и с удорожанием и дефицитом природных заполнителей.
Бетонный лом, освобожденный от арматуры и раздробленный на дробильных установках, фактически является готовой песчано-щебеночной смесью для производства нового бетона. Однако фирмы, ведущие переработку бетонного и железобетонного лома на дробиль-но-сортировочных комплексах, столкнулись с проблемой сбыта своей продукции. Дело в том, что в процессе дробления образуется избыточное количество пылевидной фракции (менее 0,14 мм) от разрушения цементного камня. Готовый неотсортированный продукт содержит около 50% собственно щебня, около 35% мелкого песка и около 15% пылевидной фракции. Такая смесь по зерновому составу не удовлетворяет требованиям нормативных документов для применения ее в качестве заполнителя для бетона.
В МГСУ с целью проверки возможности применения несортированной смеси дробленого бетонного лома в качестве заполнителя для производства нового бетона была проведена научно-исследовательская работа по изучению влияния на основные свойства готового бетона соотношений между заполнителем и цементом (З/Ц) и цементом и водой (Ц/В) при заданной пластичности бетонной смеси.
Для проведения исследований применялся портландцемент ПЦ 400Д0. Отношение З/Ц изменялось в интервале 3,75—6,5; Ц/В — в интервале 0,94—1,47. Причем Ц/В определялось экспериментально, исходя из требования получения удобоукладываемой бетонной смеси. Практически в каждом замесе расходовали столько воды, чтобы получать бетонную смесь с осадкой конуса ОК = 2—6 см на стандартном приборе. При такой постановке экспериментов фактические расходы цемента на 1 м3 бетона не превышали 230—380 кг.
Отформованные образцы в течение недели хранились в нормальных условиях (НУ), затем вынимались из форм и помещались в воду на две недели (всего 28 сут). После этого образцы выдерживались в НУ до равновесной влажности и испытывались.
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
^ : : ® декабрь 2010 7э"
Средняя плотность образцов бетона после выдержки в воде составляла 2000—2100 кг/м3, а после выдержки в НУ 1840—1940 кг/м3. Наибольшая прочность при сжатии экспериментальных образцов 22,4 МПа, а наименьшая - 13,9 МПа.
Статистическую обработку результатов экспериментов и оптимизацию составов проводили по компьютерной программе MAT LAB 6.5.0.18091.3а Release 13. В результате расчетов получено уравнение зависимости прочности бетона от цементно-водного отношения для указанных конкретных условий:
R = -1,26 + 16,1 • Ц/В.
(1)
На рисунке приведена математическая модель [2], показывающая совместное влияние З/Ц и Ц/В на прочность бетона Я (МПа).
Математическая модель выражена неполным квадратичным уравнением:
R = b0 + Ь1 • х1 + Ь2 • х2 +b12 • х1 • х2.
(2)
Ц
1 + З/Ц + В/Ц
(4)
..Л''
30
25 Y 20 15
10
6,5
х : N г\
1 Ч 1 *V < Ч I ч t\j \
Ч, H XiN
¡4 К: X
При кодированных значениях Я = т; Ц/В = х1 и З/Ц = х2 найдены коэффициенты 60; Ь1; Ь2; Ь12 и конкретное уравнение модели:
Я = 25 - 2 • З/Ц + 5 • Ц/В - 0,5 • Ц/В - З/Ц. (3)
Полученный бетон относится к легким конструкционным бетонам. По технико-экономическим показателям он значительно превосходит легкий бетон на керамзите с мелким заполнителем из строительного песка, а по теплотехническим свойствам мало уступает ему. Так, если бетон на керамзите и строительном песке имеет среднюю плотность 1600-1800 кг/м3, теплопроводность 0,6-0,7 Вт/(м • оС), то бетон на дробленом бетонном ломе при средней плотности 1840-1940 кг/м3 имеет теплопроводность 0,75-0,85 Вт/(м • оС). Если для бетона на керамзите задача получения прочности на сжатие 20 МПа сложна из-за недостаточной прочности самого керамзита, то получение прочности бетона 20 МПа на дробленом бетонном ломе не составляет проблем. Она может быть получена при Ц/В = 1,32 по (1) и З/Ц = 4,36 по (3). При этом расход цемента на 1 м3 бетона определяется по формуле, выводимой из условия, что расходы цемента (Ц), заполнителя (З) и воды (В) на 1 м3 бетона в сумме равны плотности свежеуложенной и уплотненной бетонной смеси Ц + З + В = рб.с..
Разделив левую и правую части этого уравнения на Ц, получаем:
Например, если рбс = 1900 кг/м3, то при З/Ц = 4,36 и В/Ц = 0,76 расход ' на 1 м3 бетона Ц = 1900/(1 + + 4,36 + 0,76) = 310,5 кг. Соответственно расходы заполнителя и воды на 1 м3 З = 310,5 • 4,36 = 1354 кг; В = 310,5 • 0,76 = 236 л.
Составы бетона, рассчитанные по формулам (1-4), в зависимости от требуемой прочности можно рекомендовать для производства блоков и бетонных камней для кладки наружных стен зданий вместо кирпича и керам-зитобетонных изделий, а также при производстве плит для облицовки наружных стен зданий, выложенных из кирпича или блоков пенобетона (газобетона) вместо используемой недолговечной штукатурки из цементно-песчаного раствора. Можно ожидать хороших результатов от применения бетонной смеси заданного состава в производстве монолитных бетонных полов в подвальных помещениях, а также в производстве плит для мощения дорожек на садовых участках. Возможны и дру-
3,5 0,9
Влияние отношений З/Ц и Ц/В на прочность бетона: х1 - Ц/В; х2 - З/Ц; Y - прочность бетона при сжатии, МПа
гие сферы применения бетона на заполнителях из дробленого бетонного лома с преимущественным содержанием в нем того или иного крупного заполнителя - известнякового щебня, гравийного щебня или щебня из гранита и других изверженных пород по мере изучения деформативных свойств нового бетона и его стойкости к воздействию агрессивных условий.
В исследованиях применялся дробленый несортированный заполнитель с преимущественным содержанием в нем известнякового щебня следующего зернового состава, мас. %: фр. 10-20 мм - 16; фр. 7-10 мм - 10; фр. 5-7 мм - 9; фр. 2,5-5 мм - 11; фр. 1-2,5 мм - 22; фр. 0,63-1 мм - 2; фр. 0,14-0,63 мм - 15; фр. менее 0,14 мм - 15.
В целях эффективной утилизации продукта дробления путем его вторичного использования были разработаны технологические параметры изготовления фасадной цокольной бетонной плитки 360x270x230 мм, с применением в качестве мелкого и крупного заполнителя несортированного продукта дробления.
По ГОСТ 6927-74 «Плиты бетонные фасадные. Технические требования» класс бетона плит по прочности должен быть не менее: для тяжелого бетона - В35; для мелкозернистого бетона - В30; для легкого бетона - В25.
Основным содержанием работы является получение облегченного бетона средней плотностью 1800-2000 кг/м3 (без отделочного слоя) с оптимальной структурой и сравнительно малым водопоглощением (до 5%).
Фракционный состав несортированного продукта дробления насыщенной плотностью 2050 кг/м3, мас.%: >10 мм - 14,8; 7-10 мм - 9,12; 5-7 мм - 8,78; 2,5-5 мм - 10; 1-2,5 мм - 20,97; 0,63-1 мм - 2,63; менее 0,63 мм -27,8.
Для получения оптимального состава бетона были проведены исследования с различным соотношением между вяжущим (Ц) и заполнителем (З) при заданной пластичности бетонной смеси, характеризуемой осадкой конуса 2-6 см. Отношение З/Ц изменялось в интервале 3,75-6,5, а В/Ц - в интервале 0,47-0,95.
Для получения более плотной структуры бетона в смесь добавляли суперпластификатор С-З в количестве 0,5% от массы цемента, применяли различную продолжительность вибрирования уложенной смеси, удаляли выступавшую на поверхности бетона воду водопогло-щающей тканью. Уплотнение осуществляли на стандартном лабораторном оборудовании.
В результате получен облегченный бетон средней плотностью 1850-1950 кг/м3 по вибротехнологии с фи-
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (Q'ff ЭМТЗ^Ш/ШЁ
"~74 декабрь 2010 MU^SWiAJJiif
Вид отделки В/Т Соотношение цемента и отсева дробления песка фр. <0,63, % Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3 Прочность на сжатие, МПа / класс по прочности на сжатие Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/(м.С) Водопогло-щение по массе через 10 ч, %
Лицом вверх 0,5 80:20 746 4,5/ВЗ,5 0,17 36,5
Без отделочного слоя 0,48 80:20 1100 7,17/В5 0,29 25,2
Лицом вниз 0,48 80:20 1054 5,5/В5 0,27 24,9
Лицом вверх 0,48 70:30 1267 6,56/В5 0,36 24,7
зико-механическими показателями, удовлетворяющими требованиям ГОСТ 6927—74. Также были изготовлены образцы плитки из бетона с отделкой поверхности лицом вниз.
Бетонные отходы бывают разных видов: на гранитном щебне, на известняковом щебне и на гравии. Большее количество отходов поступает на известняковом щебне.
Отходы в виде лома бетонных и железобетонных конструкций перерабатываются на дробильно-сортиро-вочных комплексах. Продукты переработки сортируются и представляют собой щебень и песок. Щебень используется для дорожно-строительных нужд, песок — для засыпки отвалов фундаментов и в качестве подсыпки для временных дорог.
В целях эффективного использования продуктов дробления лома бетонных и железобетонных конструкций разработана технология изготовления тротуарной плитки, где предусмотрено использование продукта дробления бетонных конструкций фр. 0,63—2,5 мм. Полученные образцы плитки имели прочность при сжатии 28—34 МПа и водопоглощение 4—6%.
В целях утилизации мелкой и пылевидной фракций продуктов дробления бетонных отходов путем вторичного использования в строительстве разработана технология неавтоклавного газобетона. Для этого крупные куски отхода дробления размалывались на щековой дробилке. Затем производился рассев продукта через набор сит с соответствующим размером. Материал, прошедший через сито 0,63, использовали в качестве мелкого заполнителя в газобетоне. Более крупные фракции использовали в качестве декоративной посыпки.
В качестве исходных материалов для получения газобетона средней плотностью 700—800 кг/м3 (без отделочного слоя) с оптимальной ячеистой структурой использовали: ПЦ 500ДО; песок из отходов дробления железобетонных конструкций (фр. <0,63); песок фр. 0,63—2,5 мм; алюминиевую пудру ПАП-3.
Известно, что физико-механические показатели газобетона во многом определяются прочностью раствора межпорового пространства. Для получения оптимального состава газобетона с рациональной ячеистой структурой были проведены исследования с соотношением между вяжущим и заполнителем 80:20%; 70:30 при постоянном значении В/Т отношения. Для получения максимальной пористости изменяли расход алюминиевой пудры.
Образцы изготавливали на стандартном лабораторном оборудовании с отделкой поверхности газобетона лицом вверх и лицом вниз. Наилучшей оказалась технология с отделкой поверхности лицом вверх, так как она проще и не требует срезки горбушки. В результате получен неавтоклавный газобетон по литьевой технологии, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 25485—89 «Бетоны ячеистые. Технические условия». Свойства неавтоклавного газобетона приведены в таблице.
До настоящего времени предприятия в основном ориентировались на сертификацию продукции. Но теперь этого недостаточно, так как потребитель хочет получать продукцию высокого качества, а не единичный экземпляр, который был предъявлен при сертификации этой продукции. Поэтому потребитель требует сертификат на
систему менеджмента качества. Для повышения спроса на газобетон с применением отхода дробления необходима разработка, внедрение и сертификация системы менеджмента качества на предприятии по выпуску газобетона.
Для этого разрабатывается система управления, перечень бизнес-процессов и документированных процедур системы менеджмента качества предприятия в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 9001—2001 «Системы менеджмента качества. Требования».
Ключевые слова: вторичные ресурсы, бетонный и железобетонный лом, несортированный заполнитель.
Список литературы
1. Кикава О.Ш., Соломин И.А. Переработка строительных отходов. М.: Сигналъ, 2000. 84 с.
2. Ефименко А.З, Шумков А.И. Облегченный бетон на заполнителе из дробленого бетонного лома сносимых зданий и сооружений // Технологии бетонов. 2006. № 2. С. 10-13.
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
^ : : ® декабрь 2010 75"
