CC BY
9
^ ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
УДК 504:31 1
Утилизация продуктов сноса зданий и сооружений при рекультивации гранитных карьеров с использованием мультимодальной логистики
Е. М. Боденко, М. В. Шершнева
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр,.9
Для цитирования: Боденко Е. М., Шершнева М. В. Утилизация продуктов сноса зданий и сооружений при рекультивации гранитных карьеров с использованием мультимодальной логистики // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2020. - Т. 17. - Вып. 2. -С. 244-251. Б01: 10.20295/1815-588Х-2020-2-244-251
Аннотация
Цель: Исследование возможности применения мультимодальной логистики для использования продуктов сноса при рекультивации нарушенных территорий, например гранитных карьеров, актуальность которой обусловлена необходимостью, с одной стороны, рекультивации нарушенных территорий, образующихся в результате строительной деятельности, с другой - поиска полезного использования продуктов сноса зданий и сооружений. Геоэкологическое, технологическое и экономическое прогнозирование мероприятий мультимодальной логистики продуктов сноса городской агломерации позволяет разработать наиболее оптимальные схемы их полезного использования. Методы: Применялись методы математического моделирования (статистических решений, анализа и испытаний, «игры с природой»), методы машинной имитации, эмпирические методы сбора информации и данных, решение транспортной задачи. Результаты: Разработаны математические модели прогнозирования формирования транспортно-логистической цепи вывоза продуктов сноса с объектов. Впервые предложена схема выбора способа перемещения продуктов сноса в зависимости от дальности места захоронения для принятия решений по их вывозу в процессе проектирования мероприятий по рекультивации гранитных карьеров с точки зрения геоэкологической и экономической целесообразности. Практическая значимость: Продукты сноса могут служить заполнителями отработанных гранитных карьеров для временного хранения, частичного или полного заполнения с последующей рекультивацией отработанных карьеров.
Ключевые слова: Продукты сноса, логистика, рекультивация, модель, гранитный карьер.
Введение
Для крупных городов и городских агломераций к наиболее сложным проблемам защиты окружающей среды и сохранения геоэкологического равновесия относится управление процессами утилизации и вывоза отходов к местам утилизации или переработки. Из всего объема отходов значительную долю составляют про-
дукты сноса зданий и сооружений в объемах, на порядок превышающих объемы образования твердых бытовых отходов [1-5]. Одновременно активное развитие строительной отрасли приводит к возникновению геоэкологической проблемы рекультивации нарушенных территорий, образующихся при исчерпании природных материалов, применяемых в строительстве, таких как песок, гранит или глина [6, 7]. Так, на тер-
ритории Северо-Западного региона находятся порядка 10 гранитных карьеров, занимающих площадь до 3 тыс. га и требующих рекультивации. Продукты сноса зданий и сооружений наиболее близки по природе к гранитному камню, что позволяет прогнозировать их применение при рекультивации гранитных карьеров [8-12].
Для решения более полного использования продуктов сноса важны количественная и качественная оценки их объемов и регулируемое, обоснованное решение вопросов утилизации, захоронения или вторичного использования. Такие оценки, а также геоэкологическое, технологическое и экономическое обоснование мероприятий по использованию продуктов сноса можно осуществить с помощью мультимодаль-ной логистики.
Материал и методы
Объектом исследования служили продукты сноса зданий и сооружений. Изучаются возможности мультимодальной логистики для обоснования мероприятий по утилизации продуктов сноса зданий и сооружений при рекультивации гранитных карьеров. Были использованы методы математического моделирования (статистические решения, анализа и испытаний, «игры с природой»), эмпирические методы сбора информации и данных, методы машинной имитации, решение транспортной задачи.
Результаты исследования
В соответствии с законодательством Российской Федерации территории, нарушенные в результате деятельности человека, подлежат восстановлению для последующего использования в народно-хозяйственной деятельности, т. е., например, после исчерпания запаса гранита арендаторы обязаны проводить рекультивационные мероприятия. Однако в настоящее время большая часть гранитных карьеров после изъятия
породы остаются в виде открытой выработки. Чаще всего отработанные карьеры заполняются мусором различного происхождения (стихийные свалки).
Среди твердых минеральных отходов, образующихся при осуществлении строительной и хозяйственной деятельности, наиболее близки по химической природе и физико-механическим характеристикам к гранитному камню продукты сноса зданий и сооружений (табл. 1 и 2).
В качестве объекта рекультивации был выбран гранитный карьер «Возрождение» НП «ГПСК "Возрождение"» пос. Кузнечное Выборгского района Ленинградской обл. Приведем его характеристики:
Объект - карьерная выработка Размер карьера, км
(ширина, рабочая высота) <1,0 х 0,7
Площадь карьера, га 51
Рабочие расстояния
От Санкт-Петербурга 159
(объект Дачное 5), км (ж.-д. сообщение)
149
(автомагистрали)
Для исследования вопроса образования объемов продуктов сноса для обеспечения заполнения гранитных карьеров была построена расчетная карта объектов формирования продуктов сноса, учитывающая оценку вероятности надежности вывоза их с объектов. Была построена аналоговая схема вывоза продуктов сноса с объекта, в которой принимаются во внимание такие данные как объем и вес продуктов сноса, а также дальность расположения объектов образования продуктов сноса относительно места их захоронения в гранитных карьерах.
Результаты работы имитационной модели транспортной мультимодальной цепи перевозки продуктов сноса зданий и сооружений приведены в табл. 3.
Отличительной особенностью разработанной модели является учет важных геоэкологических факторов:
ТАБЛИЦА 1. Химический состав продуктов сноса зданий и сооружений и природного гранита
Химический состав Продукты сноса, % Гранит, %
Диоксид кремния (8Ю2) 73,5755 70,18
Оксид алюминия (А1203) 3,7235 14,47
Триоксид железа (Бе203) 1,3016 1,57
Оксид кальция (СаО) 14,073 1,99
Оксид магния (Mg0) 0,3549 0,88
Сернистый ангидрид (803) 0,657 0,12
Оксид железа (Бе0) 0,1225 1,78
Оксид калия (К^0) 0,162 4,11
Оксид натрия (№20) 0,065 3,48
Вода (Н2О) 5,75 0,84
ТАБЛИЦА 2. Физико-механические характеристики продуктов сноса зданий и сооружений и природного гранита
Показатели Материал
Гранит Бой бетона
Плотность, г/см3 3,17 2,2-2,5
Предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии, кг/см2 550 350
Водопоглощение, % 0,2 4-8
Морозостойкость, цикл 25 50-500
Коэффициент снижения прочности 0,9 1,4
Твердость 6-7 (по Моосу) 6-8 (по шкале Протодьяконова)
Истираемость, г/см2 1,4 1,2
1) существующие методики сноса/разбора зданий;
2) способы заполнения строительных контейнеров продуктами сноса;
3) выбор грузовых автотранспортных средств, перевозящих контейнеры с продуктами сноса с учетом городской дорожной инфраструктуры;
4) отдаленность объекта заполнения от места образования продуктов сноса;
5) рациональность организации утилизации продуктов сноса.
Согласно проведенным исследованиям и полученным в результате работы имитационной модели данным, следует, что с большинства объектов, которые были определены в соответст-
вии с удаленностью от места захоронения на территории Северо-Запада, можно вывозить продукты сноса и автомобильным, и железнодорожным транспортом.
Для построения расчетной схемы вывоза строительных отходов были учтены такие данные:
- отдаленность объекта сноса от места их захоронения (гранитные карьеры пос. Кузнечное Ленинградской обл.);
- время на перевозку продуктов сноса с места образования строительных отходов к месту их захоронения;
- стоимость перевозки продуктов сноса.
При заполнении гранитного карьера по максимальной точке объема/высоты образуется зна-
ТАБЛИЦА 3. Результаты работы имитационной модели транспортной мультимодальной цепи перевозки
Характеристика Транспортное средство
Объем, м 3 20 27
Габаритные размеры (ДхШ*В), мм 2500x6285x1682 2500x6285x2190
Вес, кг 2250 2530
Грузовые автомобили со сменным кузовом
Марка автомобиля КАМАЗ МСК-16-01 (МСС0-01) (с механизмом подъемного устройства для сменных кузовов) VOLVO FH12 VOLVO F12
Модель КАМАЗ-65115
Грузоподъемность шасси с механизмом платформ, кг 15 450 30 000 13 000
Экологический класс 4 Euro-3 Euro-3
Масса автомобиля, кг: 7200
снаряженная 9600 8500
полная 25 200 18 200 27 000
Габаритные размеры автомобиля ДхШхВ, мм 7660x2500x2870 5887x2495x3906 2400x2480x3428
Думпкары
Тип Вагон-самосвал
Модель Модель 31-945 (Думпкар 2 ВС-66) Модель 33-9035 (Думпкар 2 ВС-105) Модель 34-9023
Грузоподъемность, т 66 105 150
Масса тары, т 28 51 70
Максимальная нагрузка от колесной пары на рельс, кН (тс) 230,85 (23,25) 254,97 (26) 269,68 (27,5)
Объем кузова по высоте борта, м 3 36 50 60
Длина по осям сцепления автосцепок, мм 11 830 15 036 18 400
Ширина максимальная, мм 3240 3518 3330
Высота от уровня головок рельсов, мм 3205 3322 3480
Вид разгрузки Двухсторонний
Система разгрузки Пневматиче ская
чительная территория, которая после биологической рекультивации может быть использована для лесотехнических целей в качестве лесопитомника или лесотехнической территории (восстановление геоэкологической системы в конкретном регионе).
При известном количестве сносимых зданий возможно определить объем и массу образующихся продуктов сноса.
При выборе объема контейнера с помощью комплекса программных модулей учитываются немаловажные факторы, такие как:
- инфраструктура объекта/территории - в городской черте запрещен проезд крупногабаритной техники без специального разрешения, а также автомобилей большой грузоподъемности;
- время работ с повышенным уровнем шума -в Санкт-Петербурге, согласно закону о «Тишине», все строительные и шумные работы проводятся с 8 до 22 ч;
- экологическая нагрузка на территорию объекта сноса и дорожную цепь вывоза строительных отходов должна быть минимальной -закрытые контейнеры при перевозке минимизируют нагрузку на окружающую среду, так как пыль от строительных отходов на пути следования автомобильного транспорта не превышает допустимых предельных значений;
- грузоподъемность автотранспортных средств определяется в соответствии с дорожными требованиями, в условиях городской дорожной инфраструктуры накладывается ряд ограничений на вес и грузоподъемность автомобилей и их габаритные размеры;
- объем строительных контейнеров не должен превышать 32 м3, самым распространенным объемом является 27 м3, который устанавливается на любой тип автомобилей, предназначенных для вывоза контейнеров.
Заключение
Геоэкологическое, технологическое и экономическое прогнозирование мероприятий муль-
тимодальной логистики продуктов сноса городской агломерации позволяет разработать наиболее оптимальные схемы их использования.
Впервые разработаны математические модели прогнозирования формирования транс-портно-логистической цепи вывоза продуктов сноса с объектов с учетом методик сноса/разбора зданий, способов заполнения строительных контейнеров продуктами сноса и отдаленностью объекта заполнения от места образования продуктов сноса.
Впервые разработана схема выбора способа перемещения продуктов сноса в зависимости от дальности места захоронения для принятия решений по их вывозу в процессе проектирования мероприятий по рекультивации гранитных карьеров с точки зрения геоэкологической и экономической целесообразности.
Обосновано применение продуктов сноса в качестве заполнителей отработанных гранитных карьеров для временного хранения, частичного или полного заполнения с последующей рекультивацией отработанных карьеров.
Библиографический список
1. Шершнева М. В. Научные основы технологий утилизации силикатсодержащих отходов : дис. ... д-ра техн. наук / М. В. Шершнева. - СПб.: ПГУПС, 2009. - 304 с.
2. Сычева А. М. Золопенобетон с использованием золы осадка сточных вод / А. М. Сычева, А. В. Хитров, Е. В. Русанова и др. // Цемент и его применение. -2006. - № 3. - С. 64.
3. Дробышев Д. И. Инженерно-химические основы получения резательных пеноавтоклавных изделий и их геозащитные свойства / Д. И. Дробышев, И. П. Филатов, А. В. Хитров, М. В. Шершнева, В. Я. Соловьева, В. А. Чернаков, В. Д. Мартынова. - СПб. : ПГУПС, 2009. - 81 с.
4. Сватовская Л. Б. Эко- и геоэкозащита природно-техногенных систем. Теория и практика / Л. Б. Сватовская, М. В. Шершнева, М. М. Байдарашвили, А. М. Сычева, Д. С. Старчуков, А. С. Сахрова, О. В. Юров, А. А. Кабанов, Н. Н. Ефимова, А. Б. Бобровник, Н. А. Шред-
ник, С. В. Симонюк, К. С. Мальчевская, М. Абу-Ха-сан. - СПб. : ПГУПС, 2016. - 62 с.
5. Масленникова Л. Л. Технология утилизации осадка природных вод / Л. Л. Масленникова, Н. А. Ба-бак, Д. Н. Бухарина, М. В. Шершнева // Экология урбанизированных территорий. - 2008. - № 3. - С. 82-85.
6. Сватовская Л. Б. Инженерно-химические и естественно-научные основы создания новых эко- и геозащитных технологий / Л. Б. Сватовская, Л. Л. Масленникова, Е. И. Макарова, Н. А. Бабак, М. В. Шершнева. - СПб. : ПГУПС, 2011. - 89 с.
7. Патент на изобретение Яи № 2306301С1. Жаростойкий шлакощелочной пенобетон / Л. Б. Сватовская, Л. Л. Масленникова, М. Абу-Хасан, М. В. Шершнева, А. Г. Кияшко, Д. Н. Бухарина. - Заявка № 2006104395/03 от 13.02.2006 г. - Опубл. 20.09.2007 г. - Бюл. № 11.
8. Сватовская Л. Б. Применение индикаторного метода - новое перспективное направление для выбора компонентов экозащитных систем для транспорта / Л. Б. Сватовская, Н. И. Якимова, М. В. Шершнева, М. М. Байдарашвили // Наука и техника транспорта. -2004. - № 2. - С. 12-17.
9. Шершнева М. В. Фундаментальная природа гидратсодержащих твердых фаз в развитии детокси-кационных технологий / М. В. Шершнева // Инновационные технологии в строительстве и геоэкологии. Материалы I Междунар. науч.-практич. конференции. - СПб. : ПГУПС, 2014. - С. 15-17.
10. Сватовская Л. Б. Инновационные естественнонаучные технические решения в строительной деятельности / Л. Б. Сватовская, В. Я. Соловьева, М. С. Абу-Хасан, М. В. Шершнева, Л. Л. Масленникова, М. М. Байдарашвили // Перспективы будущего в образовательном процессе : сб. тезисов национальной науч.-технич. конференции. - 2017. - С. 108109.
11. Сватовская Л. Б. Инженерно-химические основы геозащиты природно-техногенных систем / Л. Б. Сватовская, М. Н. Латутова, А. М. Сычева, М. В. Шершнева, А. А. Кондрашов, М. Ю. Савельева // Транспортное строительство. - 2012. - № 12. -С. 20-21.
12. Сватовская Л. Б. Геоэкозащитные свойства технологических решений в транспортном строительстве от воздействия органических загрязнений / Л. Б. Сватовская, М. В. Шершнева, Е. В. Русанова, М. Ю. Савельева // Естественные и технические науки. - 2015. -№ 11(89). - С. 304-306.
Дата поступления: 02.03.2020 г. Решение о публикации: 10.03.2020 г.
Контактная информация:
БОДЕНКО Елена Михайловна - аспирант; scherschneva@rambler.ru ШЕРШНЕВА Мария Владимировна - д-р техн. наук, профессор; scherschneva@rambler.ru
Utilisation of demolition waste in reclamation of granite quarries using multi-modal logistics
E. M. Bodenko, M. V. Shershneva
Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
For citation: Bodenko E. M., Shershneva M. V. Utilisation of demolition waste in reclamation of granite quarries using multi-modal logistics. Proceedings of Petersburg Transport University, 2020, vol. 17, iss. 2, pp. 244-251. (In Russian) DOI: 10.20295/1815-588X-2020-2-244-251
Summary
Objective: Relevance of a study of the possibility of applying multi-modal logistics for using demolition waste in reclamation of disturbed land, such as granite quarries, stems from the need for reclamation
of disturbed land produced as a result of construction activities, on the one hand, and from the search for useful utilization of demolition waste. Geo-ecological, technological and economic forecasting of actions of multi-modal logistics for the urban agglomeration demolition waste products allows developing optimum patterns of their useful utilisation. Methods: Methods of mathematical modelling (statistical decisions, analysis and testing, nature games), simulation modelling, empirical methods of collection of information and data, and solving transportation problems were applied. Results: Mathematical models for forecasting the forming of a transport and logistics chain for removal of demolition waste products from sites were proposed. A scheme for selection of a method for transportation of demolition waste products depending on the remoteness of a burial location is proposed for the first time, allowing decision-making regarding removal in the process of designing actions for reclamation of granite quarries from the point of view of geo-ecological and economic practicability. Practical importance: Demolition waste can serve as fillers of depleted granite quarries for temporary storage, complete or partial filling, followed by reclamation of depleted quarries.
Keywords: Demolition products, logistics, reclamation, model, granite quarry.
References
1. Shershneva M. V. Nauchnye osnovy tekhnologii uti-lizatsii silikatsoderzhashchikh otkhodov [Scientific foundations for technologies of utilization of waste containing silicate]. Dr. Sci. Eng. dissertation. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2009, 304 p. (In Russian)
2. Sycheva A. M., Khitrov A. V., Rusanova E. V. et al. Zolopenobeton s ispol'zovaniem zoly osadka stoch-nykh vod [Aerated ash-concrete utilizing sewage sludge ash]. Tsement i egoprimenenie [Concrete and its application], 2006, no. 3, p. 64. (In Russian)
3. Drobyshev D. I., Filatov I. P., Khitrov A. V., Shershneva M. V., Solov'eva V. Ia., Chernakov V. A. & Mar-tynova V. D. Inzhenerno-khimicheskie osnovy polucheniia rezatel'nykhpenoavtoklavnykh izdelii i ikh geozashchitnye svoistva [Engineering and chemical foundations of manufacturing ofcutting foam-autoclave products and their geo-protective properties]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2009, 81 p. (In Russian)
4. Svatovskaia L. B., Shershneva M. V., Baidarash-vili M. M., Sycheva A. M., Starchukov D. S., Sakhro-va A. S., Iurov O. V., Kabanov A.A., Efimova N. N., Bob-rovnik A. B., Shrednik N. A., Simoniuk S. V., Mal'chev-skaia K. S. & Abu-Khasan M. Eko- i geozashchitaprirod-no-tekhnogennykh sistem. Teoriia i praktika [Eco- and geo-protection of natural and man-made systems. Theory and practice]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2016, 62 p. (In Russian)
5. Maslennikova L. L., Babak N. A., Bukharina D. N. & Shershneva M. V. Tekhnologiia utilizatsii osadka prirodnykh vod [Technology for utilisation of natural waters sludge]. Ekologiia urbanizirovannykh territorii [Urbanisedterritories'ecology], 2008, no. 3, pp. 82-85. (In Russian)
6. Svatovskaia L. B., Maslennikova L. L., Makaro-va E. I., Babak N. A. & Shershneva M. V. Inzhenerno-khimicheskie i estestvenno-nauchnye osnovy sozdaniia novykh eko- i geozashchitnykh tekhnologii [Chemical engineering and natural-scientific foundations for creating new eco- andgeo-protective technologies]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2011, 89 p. (In Russian)
7. Svatovskaia L. B., Maslennikova L. L., Abu-Khasan M., Shershneva M. V., Kiiashko A. G. & Bukharina D. N. Patent na izobretenie RUno. 2306301S1. Zharo-stoikii shlakoshchelochnoipenobeton [Patent for invention RU N 2306301S1. Heat-resistant slag-lime aerated concrete]. Application no. 2006104395/03 from Feb. 13, 2006. Published on Sep. 20, 2007. Bull. no. 11. (In Russian)
8. Svatovskaia L. B., Iakimova N. I., Shershneva M. V. & Baidarashvili M. M. Primenenie indikatornogo metoda - novoe perspektivnoe napravlenie dlia vybora kom-ponentov ekozashchitnykh sistem dlia transporta [Application of indicator method as a new promising trend in selection of components of eco-protection systems for transport. Nauka i tekhnika transporta [Transport science and technology], 2004, no. 2, pp. 12-17. (In Russian)
9. Shershneva M. V. Fundamental'naia priroda gid-ratsoderzhashchikh tverdykh faz v razvitii detoksikat-sionnykh tekhnologii [Fundamental nature of hydrate-including solid phases in development of detoxification technologies]. Innovatsionnye tekhnologii v stroitel stve i geoekologii [Innovative technologies in construction and geo-ecology]. Proc. of the 1st Intern. Sci. and Practical Conference. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2014, pp. 15-17. (In Russian)
10. Svatovskaia L. B., Solov'eva V. Ia., Abu-Kha-san M. S., Shershneva M. V., Maslennikova L. L. & Bai-darashvili M. M. Innovatsionnye estestvenno-nauchnye technicheskie resheniia v stroitel'noi deiatel'nosti [Innovative natural-science engineering solutions in construction activity]. Perspektivy budushchego v obrazovatel'nom protsesse [Prospects of the future in educational process]. Collected abstracts of national research and technical conference, 2017, pp. 108-109. (In Russian)
11. Svatovskaia L. B., Latutova M. N., Sycheva A. M., Shershneva M. V., Kondrashov A. A. & Savel'eva M. Iu.
Inzhenerno-khimicheskie osnovy geozashchity prirodno-tekhnogennykh sistem [Chemical-engineering foundations of geo-protection ofnatural and man-made systems]. Transportnoe stroitel'stvo [Transport construction], 2012, no. 12, pp. 20-21. (In Russian)
12. Svatovskaia L. B., Shershneva M. V., Rusano-va E. V. & Savel'eva M. Iu. Geoekozashchitnye svoistva tekhnologicheskikh reshenii v transportnom stroitel'stve ot vozdeistviia organicheskikh zagriaznenii [Geo-ecologi-cal properties of technological solutions in transport construction from effects of organic pollution]. Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Natural and engineering sciences], 2015, no. 11(89), pp. 304-306. (In Russian)
Received: March 02, 2020 Accepted: March 10, 2020
Author's information:
Elena M. BODENKO - Postgraduate Student;
scherschneva@rambler.ru
Mariia V. SHERSHNEVA - D. Sci. in Engineering,
Professor; scherschneva@rambler.ru
