Утилизация гальваноосадков в асфальтобетоны Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 628.477

УТИЛИЗАЦИЯ ГАЛЬВАНООСАДКОВ В АСФАЛЬТОБЕТОНЫ © 2004 г. В.В. Озерянская, И.Н. Лоскутникова

A principle possibility of usage of hard galvanic sediments coming from "Rostsel'mash" galvanic shop at the production of asphalt coatings following standard technology have been proved. The addition of galvanic sediments has shown to be reasonable with up to 7 % of overall asphalt coating weight without lowering in quality.

Асфальтобетонные смеси приготавливаются смешением в нагретом состоянии следующих компонентов: щебня (гравия), природного или дробленого песка, минерального порошка и нефтяного дорожного битума, взятых в соотношениях по ГОСТ 9128-84 [1]. В качестве минерального порошка применяют доломитовую муку, измельченные юлу и шлаки, цементную пыль и т.п. Добавление в асфальтобетонные смеси других материалов и веществ (так называемое обогащение состава асфальтобетона) применяется с целью увеличения их долговечности, а также для повышения эффективности процесса производства асфальтобетонных смесей [1].

Анализ научно-технической литературы, посвященной описанию технологий утилизации гальванических шламов в бетоны и асфальтовые покрытия, показал, что в ряде случаев (в зависимости от химического состава шламов) экологически и экономически целесообразно использовать их в качестве обогащающей добавки к сырью для производства асфальтобетонных смесей [2-4]. В связи с этим, а также учитывая химический состав твердого осадка сточных вод цеха гальванопокрытий (ЦГП) ОАО «Ростсельмаш» [5], нами было решено исследовать возможность приготовления асфальтобетонов с добавками данного шлама и провести необходимые соответствующие санитарно-гигиенические оценки, что и стало целью настоящей работы.

Экспериментальная часть

Для оценки степени влияния добавок гальваношлама ЦГП ОАО «Ростсельмаш» на качество асфальтобетона нами проводилось сравнение свойств асфальтобетонных образцов, изготовленных с добавками шлама (испытуемая группа) между собой и с образцами без добавок (контрольная группа).

Для получения асфальтобетонных образцов, кроме гальваношлама, использовались следующие материалы: битум марки БНД 90/130, доломитовая мука и крупнозернистый кварцевый песок. Приготовление асфальтобетонной смеси проводилось в лабораторных условиях по стандартной технологии [1].

Образцы изготавливались в виде болванок цилиндрической формы высотой 50 мм и диаметром в основании 20 мм. Формование болванок осуществлялось в металлических цилиндрах методом горячего прессования.

Добавки гальваношлама ЦГТТ ОАО «Ростсельмаш» в асфальтобетонные смеси вводились в количествах 3, 5,7 и 10 % от общей массы смеси.

Количество асфальтобетонных образцов приготовлялось из расчета проведения каждого опыта с соответствующим количеством добавки 3 раза (результат усредняли) и опытов с контрольной (без добавки, «холостой») болванкой, т.е. всего в лабораторном эксперименте участвовало 16 образцов.

Для выводов о качестве асфальтобетона и его соответствии ГОСТ 9128-84 нами определялись следующие свойства асфальтобетона: прочность при сжатии; коэффициенты водонасьпцения, водонабухания под вакуумом и водостойкости.

Прочность при сжатии (МПа) определялась как максимальное сжимающее напряжение, которое выдерживает асфальтобетонный образец до момента его разрушения от действия внутренних напряжений. Прочность при сжатии определялась при 20 и 50 °С с помощью прибора ПМТ-3 с нагрузкой на алмазную пирамиду.

Для определения коэффициентов водонасьпцения и водонабухания под вакуумом изготовленные асфальтобетонные образцы выдерживались в термошкафу в склянках с дистиллированной водой при температуре 20°С: а) при нормальном атмосферном давлении в течение 5-ти суток; б) при пониженном давлении (660 Па) в течение 12 ч - с последующим определением прочности при сжатии, как описано выше. Численные значения коэффициентов водонасьпцения и водонабухания получали нахождением отношения пределов прочности при сжатии водонасыщенных и сухих образцов при температуре 20 °С.

Коэффициент водостойкости определялся аналогично коэффициенту водонасьпцения при выдержке асфальтобетонных образцов в кипящей воде в течение одного часа.

Для проведения санитарно-гигиенической экспертизы асфальтобетона с добавками гальваноосадка были изготовлены асфальтобетонные образцы в количестве 10 штук на кавдую дозу шлама, а также контрольная партия «холостых» асфальтобетонных заготовок. Образцы асфальтобетона с разными дозами шлама и без него помещались в модельные среды: кислую (pH 4,5-5), нейтральную (pH 7), щелочную (pH 8-9), где выдерживались в течение 30 суток с целью получения водных вытяжек, после чего проводились анализы вытяжек на содержание железа и цинка (основных компонентов утилизируемого гальваношлама [5]) для оценки возможного растворения этих металлов из асфальтобетона в процессе эксплуатации и загрязнения ими окружающей среды. Вытяжки из асфальтобетонных образцов анализировались на атомно-адсорбционном спектрофотометре «Сатурн-31П».

Результаты и обсуждение

Определенные по вышеописанным методикам показатели асфальтобетона, приготовленного с добавками гальванического шлама ЦГТТ ОАО «Ростсельмаш» и без него, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Показатели асфальтобетона с добавками гальваношлама и без него

Состав асфальтобетона, масс., % Прочность при сжатии, МПа Коэффициент Соответ-

Песок Гальва- ношлам Доломи- товая мука Битум 20 °С 50 °С водона- сыще- ния водона- бухания водо- стойко- сти ГОСТ 9128-84

77,5 0 15 7,5 5,0 1,30 0,93 0,91 0,95 Да

77,5 3 12 7,5 3,2 1,25 0,92 0,90 0,95 Да

77,5 5 10 7,5 2,9 1,20 0,90 0,85 0,93 Да

77,5 7 8 7,5 2,5 1,10 0,87 0,80 0,92 Да

77,5 10 5 7,5 1,9 0,80 0,83 0,75 0,90 Нет

Из данных табл. 1 видно, что увеличение содержания гальваношлама в асфальтобетоне от 3 до 10 % приводит к снижению его прочности при сжатии как при температуре 20 °С- от 5 до 1,9 МПа, так и при температуре 50 °С- от 1,3 до 0,8 МПа. Коэффициенты водонасьпцения, водонабухания и водостойкости тоже снижаются - с 0,93 до 0,83, с 0,91 до 0,75 и с 0,95 до 0,9 соответственно.

В соответствии с требованиями ГОСТ 9128-84, прочность при сжатии для асфальтобетона при 20 °С должна быть не ниже 2,5 МПа, при 50 °С - не ниже 0,9 МПа, коэффициенты водонасьпцения и водостойкости должны лежать в пределах

0,85-0,95, а коэффициент водонабухания - в пределах 0,8-0,95 [1]. Как следует из табл. 1, из приготовленных асфальтобетонных образцов данным условиям удовлетворяют только те, где доля гальваношлама не превышает 7 %.

Таким образом, проведенные лабораторные исследования показывают, что гальванический шлам Ц111 ОАО «Ростсельмаш» может быть использован в качестве добавки вместо части минерального порошка при производстве асфальтобетонов в количествах до 7 % от общей массы асфальтобетонной смеси без ухудшения качества бетона. Кроме того, применение гальваношлама в изготовлении асфальтобетона позволяет снизить расход ценного сырья - минерального порошка.

Результаты анализа водных вытяжек из асфальтобетонных образцов представлены в табл. 2 и свидетельствуют о том, что увеличение дозы гальваношлама в асфальтобетоне весьма незначительно влияет на качество вытяжек по содержанию железа и цинка. Ни для одной из проанализированных проб не было зафиксировано превышение ПДК по железу и цинку, установленных СанПиН 4630-88 [6]: ПДК| е = 0,3 мг/л; ПДК/м = 0,01 мг/л.

Отметим, что железо и цинк были обнаружены также и в вытяжках из контрольной партии образцов без добавок гальваношлама (см. табл. 2), что можно объяснить присутствием железа и цинка в очень малых количествах в других компонентах асфальтобетонной смеси: битуме, песке, доломитовой муке.

Итак, санитарно-гигиеническая экспертиза подтвердила экологическую безопасность утилизации гальванического шлама ЦГТТ ОАО «Ростсельмаш» при производстве асфальтобетонных покрытий.

Таблица 2

Анализ водных вытяжек из асфальтобетонных образцов

Доля гальваношлама, масс. % Компонент Концентрация, мг/л

Среда

щелочная нейтральная кислая

Бе 4 1(Г3 5 • 1(Г3 3-10"

Ъа 1 1(Г5 0 5 • 10~5

Бе 6 1(Г3 7 • 1(Г3 4- 10"

Ъй 5 КГ4 3-10" 6-10"

Бе 7 1(Г3 8 • 1(Г3 т о 00

Ъа 5 кг4 5-КГ1 Т о 00

Бе 7 1(Г3 9 • 1(Г3 1 • 10~3

Ъа 9 кг4 7-10" 9-10"

Бе 9 1(Г3 0,01 1,6 • ю~3

Ъа 1 1(Г3 9-10" 9-10"

Заключение

Таким образом, на основании результатов лабораторных испытаний была доказана принципиальная и технологическая возможность использования твердого осадка гальваностоков ЦГТТ ОАО «Ростсельмаш» в качестве добавок при производстве асфальтобетона в количествах до 7 % от общей массы асфальтобетонной смеси без ухудшения качества бетона. Данные проведенной санитарно-гигиенической оценки позволили сделать вывод о полной экологической безопасности готового продукта.

Литература

1. Комар А.Г. Технология производства строительных материалов. М., 1990.

2. Тимофеева С.С. и др. И Химия и технология воды. 1991. Т. 13. № 1.

С. 68-71.

3. ПальгуновП.П., СумароковМВ. Утилизация промышленных отходов. М., 1990.

4. СухоеЮ.В. и др. // Строительные материалы. 1989. № 1. С. 14-15.

5. Озерянская В.В., Лоскутникова И.Н. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки.

Приложение. 2004. № 3.

6. Мазур ИМ., Мстдаванов ОМ. Курс инженерной экологии. М., 1999.

Ростовский государственный университет 18 апреля 2004 г.