Введение к работе
Актуальность работы.
Многотоннажные отходы с городских строительных площадок, образующиеся при строительстве и сносе зданий, реконструкции и перепланировке строительных объектов, отправляются на свалку или закапываются на местах и являются источниками негативного воздействия на городской ландшафт и экосистему. Из всего многообразия строительных отходов города (лом бетонных изделий, бой кирпича и асфальта, отходы пенополистирола, бумага) значительный объем (более 30%) занимают гипсовые отходы. Гипсовое производство, являющееся одним из основных отраслей промышленности строительных материалов, выбрасывает более 400 000 тонн в год твердых отходов, 95% т которых является гипсовая пыль. Промплощадки гипсового и строительного производств являются источником загрязнения атмосферы пылью техногенного фона радиусом до 2 км в зоне деятельности людей. Особенность техногешюго фона состоит в том, что мелкодисперсные соединения, наиболее опасными го которых являются частицы от 0,005 мкм до 0,5 мкм, не рассеиваются, не оседают быстро, а прибывают в приземном слое атмосферы и способны накапливаться. Именно они влияют на жизнедеятельность людей, что вызывает у последних интенсивный рост заболеваний: хронические коныоктивиты, хрошгческое воспаление слизистых оболочек, насморк или сухость слизистой носа, ослабление обоняния, иногда носовые кровотечения, притупление вкуса, сухость и покраснение зева, затруднение глотания, охриплость (хронический ларингит).
Сегодня наиболее актуальными становятся вопросы обеспечения рациональных, экологически чистых и безопасных для окружающей среды технологий. Внедрение новейших технологий с целью снижения нагрузки на окружающую природную среду, переработка техногенш>гх материалов в продукцию требуют новых наукоемких и совершенных разработок.
Гипсовые отходы строительства в виде лома и пыли, образующееся при термообработке и помоле в гипсовом производстве могут быть использованы для изготовления гипсового вяжущего. Известна эффективность гипсовых вяжущих, обусловленная коротким технологическим циклом проговодства и низкими удельными затратами на их производство. Применяемые сегодня различные способы повышения физико-механических свойств гипсовых вяжущих основаны на применении различных модифицирующих добавок, в частности, суперпластификатора - Мелмент F15 - сульфанироваїшого порошкового продукта поликонденсации на основе меланина, полученного методом распылительной сушки. Он пластифицирует гипсовую смесь с меньшим расходом воды.
Диссертационная работа выполнена по научно-исследовательской программе в соответствии с тематическими планами научно-исследовательской работы «Экологический мониторинг состояния окружающей среды г. Тараз с 1999 по 2003 г.» Таразского Государственного университета им.М.Х.Ду-
лати и СП А «Ак-ниет» (1997-2002) "Блоки стеновые гипсовые", где автор является ответственным исполнителем.
Цель работы: разработка безотходной технологии рациональной переработки гипсовых отходов в гипсовое вяжущее и гипсовые изделия, способствующей улучшению состояния окружающей среды.
Основная идея, положенная в основу работы заключается в получении из гипсовых лома и пыли гипсового вяжущего и использовании его в качестве вяжущего при производстве стеновых блоков. Это позволяет уменьшить выбросы гипсовых отходов и пыли, снизить количество используемого первичного сырья и сократить отчуждение территорий от землепользования.
Для достижения поставленной цели автором сформулированы и решены следующие научные задачи:
оценено воздействие выбросов загрязняющих веществ с городских строительных площадок и гипсового производства на окружающую среду;
исследованы основные физико-технические характеристики нового гипсового вяжущего, а также свойства изделий из него;
получен способ производства гипсового вяжущего и технические условия при изготовлении гипсовых стеновых блоков;
разработана рациональная экологически безопасная технология производства гипсовых вяжущих и изделий на их основе;
разработана математическая модель технологической линии производства гипсового вяжущего из гипсовых отходов;
Методы исследований. В диссертационной работе использован комплексный метод исследований, включающий: методы математической статистики и корреляционно-регрессионного анализов; физико-химических исследований; лабораторно-экспериментальных испытаний и внедрение опытной партий.
Научная новизна работы. Разработана экологически безопасная рациональная технология производства гипсовых вяжущих из гипсовых отходов с промплощадок гипсового и строительного производств и изделий на их основе.
-
Разработана система автоматизированного расчета количества выбросов загрязняющихся веществ, их поля рассеивания, коэффициенты экологического запаса зон строительного и гипсового производств, позволивший установить коэффициент опасности зон для жизнедеятельности человека и принятия оперативных природоохранных мер.
-
Впервые исследовано влияние пластификатора Мелмент F-15 и полимерной добавки Виннапас RE 5028 N на технологические и физико-механические свойства гипсового вяжущего, полученного из гипсовых отходов.
-
Установлены закономерности изменения физико-химических свойств гипсового вяжущего от времени твердения и количества добавки пла-
стификатора Мелмент-Р15, отличающиеся тем, что ионы добавки, имея высокую дисперсность в растворе, блокируют образующиеся кристаллы двуводного сульфата кальция замедляя их рост и снижая фазовое контактирование. Данное явление снижает прочность гипсового вяжущего в начальные сроки гидратации а затем прочность изделий растет прямо пропорционально количеству введенной добавки.
-
Установлено, что введение в смесь полимерной добавки Виннапас RE 5028 N увеличивает сцепление частиц гипса между собой тонкими гибкими пленками, что способствует прочности изделий на 50-60%.
-
Впервые предложен способ получения гипсового вяжущего путем переработки городских строительных гипсовых отходов и гипсовой пыли.
-
Установлено, что содержание в смеси 0,3%-1% пластификатора Мел-мент F15 от гипсового вяжущего, повышает пластичность раствора при меньшем водогипсовом отношении на 16%-50% и одновременном удлинении времени формовки на 17-34 мин.
-
Получены уравнения, описывающие оптимальный процесс преобразования двугидрата в полугидрат и линейную зависимость предела прочности от влияния температуры.
Личное участие автора состоит в получении указанных выше научных результатов и научных положений, выносимых на защиту.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: технической возможностью организации производства экологически чистых стеновых гипсовых блоков на основе городских строительных отходов и сходимостью лабораторных и машинных результатов экспериментов с промышленными.
Научное значение работы заключается:
в разработке технологии переработки гипсовых отходов в гипсовое вяжущее и изделий на их основе;
в получении уравнений, описывающих оптимальный процесс преобразования двугидрата в полугидрат и зависимость предела прочности от влияния температуры;
в установлении режима получения гипсового вяжущего из гипсовых отходов при температуре 120С в течение 3 часов, отличающегося от традиционного сравнительно низкой температурой обработки.
Практическая ценность и внедрение результатов работы состоит в разработке способа получения гипсового вяжущего из гипсовых строительных отходов, отличающегося от традиционного более низкой температурой обработки сырья (120С). Введение суперпластификатора Мелмента F-15 позволяет повысить марку гипсового вяжущего с Г-3 до марки Г-5.
Предложенная технология вписывается в действующие технологические линии по производству гипсовых вяжущих. Разработанная технология производства гипсовых вяжущих решает не только технические аспекты, но и
снижает негативное воздействие на окружающую среду накапливаемых в больших количествах твердых гипсовых отходов.
Результаты исследований апробированы в опытно-промышленных условиях при выпуске опытной партии стеновых межквартирных блоков (г. Алматы, Та-раз, Атырау) и обеспечены нормативной базой - техническими условиями.
В ЗАО «Жамбылгипс» внедрен программный комплекс: «Система автоматизированного расчета выбросов загрязняющих вредных веществ в окружающую среду». Составлены и утверждены технические условия и практические рекомендации по разработке экологически - эффективной технологии производства гипса из городских гипсовых строительных отходов.
Работа внедрена в учебный процесс кафедры «Информатика» Таразско-го Государственного университета им. М.Х.Дулати при изучении дисциплины «Применение математических моделей и численных методов в экологии» на лекционных, лабораторных и практических занятиях, а также при написании курсовых и дипломных работ.
Научные положения, выносимые на защиту:
механизм твердения вяжущих из гипсовых строительных отходов в присутствии суперпластификатора Мелмент F-15, отличающийся от традиционных высокими пластифицирующими свойствами, равномерностью распределения ее в смеси, позволяющими повысить марку вяжущего на две ступени с Г-3 до Г-5;
принципиально новая, не загрязняющая окружающую среду технология переработки гипсовых отходов строительства в гипсовое вяжущее, заключающаяся в низкотемпературной обработке (120С) исходного сырья;
физико-химические процессы, протекающие в гипсовых вяжущігх, изготовленных из гипсовых строительных отходов, заключающиеся в образовании полуводного гипса CaSO4*0,5 Н20 в форме бассанита в отличие от гипсового камня, оставшегося в форме двуводного гипса;
параметры ИК-спектра гипсового камня (150С) также претерпели изменения, проявившиеся в высоких интенсивностях полос гипса за счет более выраженного резонансного взаимодействия колебаний сульфатог-рупп исследуемого образца;
результаты исследований зависимости физико-механических свойств гипсового вяжущего, модифицированного суперпластификатором Мелмент F-15 от его содержания, сроков схватывания гипсового вяжущего и водогипсового отношения.
Апробация практических результатов. Результаты работы докладывались на: Международной научно-практической конференции Южно-Казахстанского Государственного университета им. М. Ауэзова (г.Шымкент, 2001 г.); Международной научно-практической конференции Казахской Академии строительства и архитектуры: «Теоретические и экспериментальные исследования строительных конструкций» (г.Алматы, 2002 г.).
Публикации работы. Основное содержание диссертации изложено в 8 научных работах, в том числе в 6 научных статьях, 1 предпатенте, 1 положительном решении.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти разделов, выводов, заключения, 4 приложений, 28 рисунков, 21 таблиц и список использованных источников из 121 наименований.
