Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Научно-техническое обоснование разработки экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов в производстве газобетонных изделий 12
1.1 Техногенные отходы и их негативная нагрузка на окружающую среду 12
1.2 Современные методики оценки экологической безопасности строительных материалов и изделий 23
1.3 Экологические проблемы современных технологий изготовления изделий из ячеистого бетона и пути утилизации техногенных отходов в его производстве 30
1.4 Выводы по главе 1. Научная гипотеза 45
ГЛАВА 2. Оценка техногенных отходов и сырьевых компонентов в производстве газобетона 48
2.1 Оценка техногенных отходов и сырьевых компонентов с точки зрения экологической безопасности 48
2.2 Методы исследований техногенных отходов и полученного на их основе модифицированного неавтоклавного газобетон 59
2.3 Оптимизация экологических, технических показателей и состава модифицированных газобетонных изделий на основе техногенных отходов 70
2.4 Выводы по главе 2 73
ГЛАВА 3. Разработка экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов в производстве модифицированного неавтоклавного газобетона 76
3.1 Блок-схема проведения научно-технических исследований при разработке экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов
3.2 Утилизация техногенных отходов в составе эффективных комплексных органоминеральных модификаторов для производства модифицированных неавтоклавных газобетонных изделий .
3.3 Способ утилизации техногенных отходов при получении модифицированного неавтоклавного газобетона и изделий 87
3.4 Экологически безопасный модифицированный неавтоклавный газобетон на основе техногенных отходов: показатели качества 93
3.4.1 Экологически безопасный неавтоклавный газобетон: требования к формированию структуры 93
3.4.2 Экологически безопасный неавтоклавный газобетон: показатели качества газобетона на основе техногенных отходов 101
3.5 Выводы по главе 3 108
ГЛАВА 4. Экологическая оценка техногенных отходов на протяжении жизненного цикла модифицированного неавтоклавного газобетона и экономическое обоснование результатов внедрения научных исследований 111
4.1 Инвентаризационный анализ жизненного цикла производств органоминеральных модификаторов и модифицированного неавтоклавного газобетона 112
4.2 Экологическая оценка техногенных отходов на протяжении всего жизненного цикла газобетонных изделий 120
4.3 Технико-экономическая эффективность предлагаемых технических решений 124
4.4 Результаты внедрения разработанного состава модифицированного газобетона на основе техногенных отходов в производстве экологически безопасных стеновых блоков 128
4.5. Выводы по главе 4... 131
Заключение 133
Список используемой литературы
- Экологические проблемы современных технологий изготовления изделий из ячеистого бетона и пути утилизации техногенных отходов в его производстве
- Оптимизация экологических, технических показателей и состава модифицированных газобетонных изделий на основе техногенных отходов
- Утилизация техногенных отходов в составе эффективных комплексных органоминеральных модификаторов для производства модифицированных неавтоклавных газобетонных изделий
- Экологическая оценка техногенных отходов на протяжении всего жизненного цикла газобетонных изделий
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Экономические санкции против России требуют ускорения процессов импортозамещения и увеличения промышленного производства, которое сопровождается ростом и накоплением техногенных отходов. Для снижения негативной нагрузки на окружающую среду необходима утилизация таких отходов. Так, при производстве фосфорных минеральных удобрений в целом по России в год образуется 25 млн.тонн фосфогипса, а утилизируется не более 10%. В настоящее время в РФ на спиртовых заводах отходы послес-пиртовой барды составляют 9...14 млн. тонн. год, не утилизированных – около 1 млн.тонн. В молочном производстве после сворачивания и процеживания молока получаются отходы в виде молочной сыворотки. В мире её образуется около 140 млн.тонн, в РФ – около 6 млн.тонн в год. Все эти отходы складируются, занимая тысячи гектаров площадей, смываются в канализацию, грунтовые воды, выливаются на землю, нанося колоссальный экологический ущерб окружающей среде. Известные методики не позволяют обосновать экологически безопасную технологию утилизации техногенных отходов и не предлагают механизм по их утилизации в производстве строительных материалов с учётом их строительно-технических свойств. Это связано с отсутствием соблюдения иерархического порядка обращения с отходами, который включает: предотвращение или сокращение образования отходов, минимизацию их отрицательного воздействия на окружающую среду, использование отходов на основе их вовлечения в хозяйственный оборот в качестве сырьевых ресурсов для производства строительных материалов, а также возможность повторного использования при окончании их жизненного цикла.
Решением проблемы экологической безопасности строительства и городского хозяйства с одновременным выполнением федеральной целевой программы «Жилище» до 2020 года являются обоснование и разработка экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов в производстве модифицированных газобетонных изделий на их основе.
Тема диссертации соответствует паспорту специальности 05.23.19 Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства, пункт 5 "Научное обоснование и разработка экологически безопасных энергоэффективных, ресурсосберегающих, биопозитивных конструкций, строительных систем и технологий, включая системы жизнеобеспечения городского хозяйства."
Объект исследования: экологически безопасная технология утилизации техногенных отходов в производстве газобетона.
Предмет исследования: газобетонное изделие, изготовленное на основе экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов.
Степень разработанности избранной темы. При работе над диссертацией был проведён анализ научных, патентных и нормативных источников. Была обобщена литература по экологии, экологической безопасности, строительному материаловедению известных в данных областях учёных, таких как: Теличенко В.И., Слесарев М.Ю., Потапов А.Д., Щербина Е.В. Евграфова И.М., Чертес К.Л., Тупицына О.В., Графкина М.В., Баженов Ю.М., Сахаров Г.П., Орешкин Д.В., Величко Е.Г., Соловьев В.И. Были изучены работы по негативному влиянию техногенных отходов на окружающую среду, а также технологии производства газобетона по жизненному циклу. Работы по данным вопросам имеют большую научную значимость. Однако, вопрос утилизации техногенных отходов в производстве газобетона изучен мало, а обоснование экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов, включающую экологический механизм такой утилизации с учётом свойств материала и соблюдение иерархического порядка обращения с отходами в чёткой последовательности не изучались.
Научная гипотеза. Одним из основных факторов снижения экологической нагрузки на окружающую среду является эффективная система управления отходами, при этом утилизация даёт наибольший эффект. Предположено, что экологически безопасная технология утилизации техногенных отходов в производстве газобетона может обеспечить снижение экологической нагрузки на окружающую среду на жизненном цикле газобетонных изделий.
Цель диссертационной работы – обоснование и разработка экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов в производстве газобетона с улучшенными строительно-техническими свойствами по сравнению с традиционным.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Оценка техногенных отходов, сырьевых компонентов в производстве газобетона и оптимизация его состава с учётом требований показателей экологической безопасности.
-
Разработка новой экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов в производстве модифицированного неавтоклавного газобетона с улучшенными строительно-техническими свойствами.
-
Экологическая оценка техногенных отходов на жизненном цикле изделия из модифицированного неавтоклавного газобетона и экономическое обоснование результатов внедрения научных исследований.
-
Проведение опытного внедрения разработанного состава модифицированного газобетона на основе техногенных отходов в производстве экологически безопасных стеновых блоков.
Научная новизна.
1.Проведена экологическая оценка техногенных отходов и сырьевых компонентов для экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов в производстве газобетона, которая позволяет уменьшить негативную нагрузку на окружающую среду за счет утилизации отходов в составе газобетона, где их суммарная масса на 1 м3 смеси составляет: фосфогипса – 51,25 кг; послеспирто-вой барды – 0,5 кг; молочной сыворотки 0,5 кг; тиосульфата натрия – 1,25 кг. 2. Разработаны теоретические основы экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов (4 класса опасности) в производстве газобетона, включающей двухступенчатый экологический механизм с получением комплексных органоминеральных модификаторов и модифицированных неавтоклавных газобетонных изделий 5 класса опасности.
-
Установлено, что разработанная экологически безопасная технология утилизации техногенных отходов в производстве газобетона приводит к значительному снижению негативной нагрузки на окружающую среду с обеспечением перехода от высокой экологической нагрузки в 12...17 баллов до низкой в 2...4 балла по шкале суммарной экологической нагрузки на окружающую среду за счет масштабной утилизации техногенных отходов с одновременным выполнением федеральной целевой программы «Жилище» до 2020 года: по фосфогипсу – 1,025...1,2 млн. тонн в год или 4,1...4,8 млн. тонн за 4 года; послеспиртовой барде – 10...51,75 тыс. тонн в год, за 4 года – 40...207 тыс. тонн; молочной сыворотке – 10...51,75 тыс. тонн в год, за 4 года – 40...207 тыс.тонн; тиосульфату натрия – 25...51,75 тыс. тонн в год, а за 4 года – 115...207 тыс. тонн.
-
Обоснована возможность экологической эффективности технологии газобетонных изделий на основе техногенных отходов при их утилизации за счет снижения энергетических и сырьевых ресурсов при одновременном уменьшении наносимого ущерба окружающей среде более чем на 3,4 млн. руб./год в результате сокращения загрязнения территории отходами.
Теоретическая и практическая значимость работы.
1. Результаты оценки техногенных отходов в производстве газобетона определили возможность размещения техногенных отходов 4 класса опасности при их утилизации в производстве газобетонных изделий для повышения экологической безопасности путём получения изделий 5 класса опасности за счёт значительного улучшения структуры и строительно-технических свойств.
2. Разработана экологически безопасная технология масштабной утилизации техногенных отходов, включающая двухступенчатый экологический механизм утилизации отходов в технологии получения комплексного органоминерального модификатора и модифицированных неавтоклавных газобетонных изделий.
3. Разработана объединенная блок-схема жизненного цикла техногенных отходов, органоминеральных модификаторов и модифицированных неавтоклавных газобетонных изделий на их основе и оптимизирован состав газобетонной смеси для получения улучшенных показателей структуры и технических свойств газо-
бетона, что существенно повысило уровень экологической безопасности строительства, а также значительно снизило экологическую нагрузку на окружающую среду с 12...17 до 2...4 баллов.
4. Разработаны технические условия: «Экологически безопасные газобетонные стеновые блоки на основе техногенных отходов. ТУ 5741-003-29888514-2016», утвержденные ООО «Инновационный ресурс».
Методология и методы диссертационного исследования.
Методология работы базируется на обобщении, сравнении, эксперименте и экологической оценке по жизненному циклу отрицательных воздействий техногенных отходов и двухстадийной технологии их утилизации при производстве газобетонных изделий, а также методе математического планирования эксперимента и обработки его результатов. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных образцах, изготовленных на оборудовании НИУ МГСУ, с вероятностью получения результатов - 0,95.
Положения, выносимые на защиту:
1.Экологическая оценка техногенных отходов и сырьевых компонентов для экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов в производстве газобетона.
-
Разработка и обоснование экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов в производстве газобетона, включающей двухступенчатый экологический механизм с получением комплексных органоминеральных модификаторов и модифицированных неавтоклавных газобетонных изделий.
-
Снижение негативной нагрузки на окружающую среду с обеспечением перехода от высокой экологической нагрузки до низкой.
4. Результаты определения повышения экологической эффективности технологии газобетонных изделий на основе техногенных отходов при их утилизации и сокращении загрязнения территории.
Личный вклад соискателя состоит в: разработке экологической оценки техногенных отходов и сырьевых компонентов для экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов в производстве газобетона, теоретиче-
ских основ экологически безопасной технологии утилизации техногенных отходов в производстве газобетона, положений повышения экологической эффективности технологии газобетонных изделий на основе техногенных отходов при их утилизации за счет снижения энергетических и сырьевых ресурсов при одновременном уменьшении наносимого ущерба окружающей среде; в подготовке и проведении экспериментов, устанавливающих оптимальный состав газобетонной смеси для получения улучшенных показателей структуры и технических свойств газобетона, что существенно повысило уровень экологической безопасности строительства; в проведении работ по практическому использованию результатов диссертационного исследования при опытном внедрении разработанного состава газобетона на основе техногенных отходов в производстве экологически безопасных газобетонных стеновых блоков, подготовке публикаций по материалам диссертационной работы.
Степень достоверности.
Достоверность полученных результатов работы подтверждена применением стандартных и общепринятых методов исследования, статистической обработкой полученных данных, обеспечивающих достаточную точность с вероятностью не менее 95 %, экспериментальной и опытно-промышленной проверкой результатов исследований, а также согласованностью основных положений работы с результатами исследований других авторов.
Апробация результатов.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: всероссийской международной конференции «Бетон и железобетон – взгляд в будущее», Москва, 2014; международной межвузовской научно-практической конференции молодых учёных, докторантов и аспирантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» (Москва, МГСУ, 2015, 2016гг.); международной научно-практической конференции «Современные тенденции развития науки и технологий», Белгород, 2015г.
Внедрение результатов исследования.
Опытно-промышленные работы по внедрению и выпуску опытной партии экологически безопасных газобетонных стеновых блоков на основе техногенных отходов проведены в ООО "МЦМ-стоун" в объёме 256 м3 или 16 тысяч штук блоков и применены при строительстве жилого дома в Московской области, п.Селятино, улица Росмед. Экономический эффект от применения экологически безопасных газобетонных стеновых блоков на основе техногенных отходов составляет около 345 рублей на 1м3 газобетона. Публикации.
Основные результаты диссертации изложены в 9-ти научных работах, из которых 4 опубликованы в изданиях, входящих в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК РФ и 1 статья в журнале, индексируемый в SCOPUS.
Объем и структура работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 149 наименований. Работа изложена на 151 странице текста, содержит 28 рисунков, 41 таблицу, 2 приложения.
Экологические проблемы современных технологий изготовления изделий из ячеистого бетона и пути утилизации техногенных отходов в его производстве
Результаты мониторинга окружающей среды для экологической безопасности в рамках территориального управления Центрального федерального округа РФ показали максимально высокую концентрацию промышленных и сельскохозяйственных производств. При большой негативной нагрузке на окружающую среду региона выделяются наиболее острые экологические проблемы: - ненадежность систем водоснабжения населения городов и др. населенных пунктов и угрожающее загрязнение водных ресурсов; - несовершенство системы обращения с отходами производства и потребления: ежегодно образуются опасные отходы, значительная часть которых не используется и не обезвреживается; - чрезмерное загрязнение атмосферного воздуха в результате выбросов промышленных предприятий автомобильного транспорта; - сохранение и восстановление экосистемы природных подземных и поверхностных объектов. Основными задачами осуществления государственной экологической политики и управления охраной окружающей среды, с целью обеспечения экологической безопасности являются: - создание системы регулирования и организации хозяйственной деятельности на принципах, исключающих превышение предельно допустимых техногенных нагрузок на экосистему соответствующих уровней; - создание развитой инфраструктуры по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортировке, размещению и утилизации отходов промышленности и вторичного сырья [1-8]. Центральный федеральный округ (ЦФО) – расположен в центре европейской части России. В состав округа входят 18 субъектов РФ: Белгородская, Брянская, Владимирская, Воронежская, Ивановская, Калужская, Костромская, Курская, Липецкая, Московская, Орловская, Рязанская, Смоленская, Тамбовская, Тверская, Тульская и Ярославская области и г.Москва. Округ занимает 650,3 тыс. кв. км (3,8 % территории России). Роль Центрального федерального округа наиболее велика в производстве электроэнергии (22,1% общероссийских объемов), чёрных металлов (19,2%), выплавке стали (17 %), производстве цельномолочной продукции (35%), хлебобулочных изделий (29,1 %), водки и ликероводочных изделий (37,9%), различных видов тканей (30%), отдельных видов продукции химической и нефтехимической промышленности. Некоторые техногенные отходы могут быть использованы в производстве строительных материалов, в частности, при производстве газобетонных изделий.
Отход производства фосфорной кислоты – фосфогипс В производстве фосфорных минеральных удобрений при переработке 1т апатитового или ковдорского концентрата образуется до 1,6т фосфогипса. В целом по России этого отхода накапливается 25 млн. тонн в год. Одним из основных крупных объектов промышленности Центрального федерального округа является ОАО «Воскресенские минеральные удобрения». Основным отходом его производства является фосфогипс. За период с 2013 по 2015 годы предприятие выработало 220 тыс.тонн фосфорной кислоты, что соответствует образованию 880 тыс.тонн фосфогипса. Количество фосфогипса, которое данное предприятие могло разместить на полигоне «Лапатинский», составляет чуть менее 570 тыс.тонн [9]. Таким образом, имеющиеся запасы фосфогипса в Центральном федеральном округе увеличиваются ежегодно, а доля его утилизации не превышает 10%. Колоссальное количество фосфогипса, находящееся под открытым небом, подвергается воздействию атмосферных осадков. Это позволяет ему поступать в грунтовые воды. Водный бассейн на десятки километров региона подвержен воздействию фосфорной, серной кислот и их солей, соединений редкоземельных металлов. Кроме того, испаряющиеся в атмосферу соединения фтора загрязняют саму атмосферу и биосферу. Есть предпосылки для разработки эффективных решений по утилизации.
Исследования по утилизации фосфогипса включают в себя: его использование вместо природного гипса. Это дает возможность решить значительную часть экологических проблем производства минеральных удобрений. Это интересно для заводов строительных материалов, расположенных около химических предприятий со значительными объемами этого отхода [10].
Оптимизация экологических, технических показателей и состава модифицированных газобетонных изделий на основе техногенных отходов
Прибор ARL X tra сконструирован по принципу вертикальной геометрии Брэгга - Брентано, обеспечивающей более удобную работу с пробами. Оптимальные параметры углового и энергетического разрешения без участия фильтров и монохроматоров достигаются с помощью детекторов Пелтье для исключения пассивных элементов (бета-фильтры/монохроматоры) из оптической схемы прибора за счет программного отделения K и флуоресцентного излучения. Инструментальное разрешение прибора составляет 0.04 2 при сохранении высокого соотношения "сигнал/шум". Для анализа готовится тонкий порошок из образца газобетона. После получения рентгенограммы проводится ее расшифровка или ее идентификация. Рассмотрение микроструктурного и химического анализа позволяет с необходимой точностью получить минеральный состав образца.
Для проведения микроструктурного анализа образцов полученного модифицированного газобетона был использован прибор швейцарского производства электронный растровый микроскоп-микроанализатор FEI Quanta 200 SEM (рисунок 2.2).
Растровый электронный микроскоп FEI Quanta 200 SEM 2 позволяет проводить микроструктурный и химический анализ скола образцов, порошков в том числе, загрязненных и влажных. Технические характеристики:
Для измерения удельной активности природных радионуклидов был использован прибор российского производства переносной спектрометр МКСП-01 «Радэк» (рисунок 2.3). Средствами контроля Аэфф ЕРН являются гамма -спектрометры и радиометры спектрометрического типа. Они включены в Государственный реестр и имеют метрологическое и методическое обеспечение.
Переносной гамма-бета спектрометр МКСП-01 "Радэк" использовался для проведения экспресс-контроля фосфогипса непосредственно на полигоне в отвалах.
В качестве средств контроля применяют переносные сцинтилляционные спектрометры-радиометры, обеспечивающие нижнюю границу определения Аэфф не более 100 Бк/кг с ошибкой измерений до 30 %. Порядок проведения контроля регламентируется ГОСТ 30108-94. Спектрометр калиброван на государственных стандартных образцах (насыщенных по гамма-излучению моделях урана-радия, тория и калия) ФГУ НПП "Геологоразведка" и позволяет производить определение Аэфф ЕРН в геометриях 2 ср и 4 ср.
По результатам экспресс-контроля с учетом погрешности измерений дается предварительное заключение о классе материала. Для работы в полевых условиях спектрометр помещается в специальный термозащитный кожух. Прибор имеет возможность работать совместно с компьютером и другими гаджетами. Для привязки к местности спектрометр снабжен GPS приемником, установленным в крышку кожуха. Полученные спектры автоматически сохраняются. Проведение измерений максимально упрощено. Для проведения лабораторных исследований был использован спектрометр-радиометр МКГБ-01 "Радэк" (рисунок 2.4).
Для окончательного определения класса строительного материала использовался лабораторный метод. В качестве средств контроля применяют стационарные сцинтилляционные гамма-спектрометры (спектрометры-радиометры, радиометры спектрометрического типа). Они обеспечивают нижнюю границу диапазона измерения удельной активности каждого радионуклида не более 50 Бк/кг и относительную погрешность определения Аэфф не более 20% с вероятностью измерений 0,95. Минимально измеряемая активность определена для продолжительности измерения 1 час, при средней плотности пробы1 г/см . Расчет ведется для объема пробы 1дм3 относительной статистической погрешностью 50% с доверительной вероятностью 0,95. Порядок проведения контроля, отбор и подготовку проб из стройматериалов проводят в соответствии с ГОСТ 30108-94. А д л я р а с ч ет а образцы готовятся по методикам выполнения измерений. Классификация строительных материалов в соответствии с гигиеническими нормативами приведена в таблице 2.16
Утилизация техногенных отходов в составе эффективных комплексных органоминеральных модификаторов для производства модифицированных неавтоклавных газобетонных изделий
Оптимальный пространственный каркас газобетона состоит из цементно песчаной матрицы, заполненной мелкими порами (не более 0,8 мм в диаметре). Максимальная пористость газобетона при толщине межпоровых перегородок 80...100 мкм и диаметре пор не более 0,8 мм достигает 76-83 %. Использование комплексных органоминеральных модификаторов типа ГМ в модифицированных неавтоклавных газобетонных изделиях с техногенными отходами существенно повышает вероятность получения качественной продукции за счёт управления процессами газовыделения и структурообразования благодаря органоминеральному модификатору. Из таблицы 3.5 и рисунков 3.8 и 3.9 видно, что модифицированный газобетон отличается от традиционного более развитой и однородной мелкопористой структурой с увеличением ячеистой пористости. При этом, диаметр ячеистых пор не превышает 0,8 мм или 800 мкм, т.е. уменьшается в 2 раза. Установлено снижение гелевой и капиллярной пористости в 1,5...2 раза , что объясняется положительным влиянием гидрофобизирующего модификатора.
С одной стороны, капиллярная пористость и пористость при воздухововлечении снижает морозостойкость водонасыщенного газобетона. С другой стороны, пористость при воздухововлечении и ячеистая пористость с размерами пор более 1 мм увеличивает теплопроводность. При этом, происходят тепловые потери через стены за счёт увеличения теплопроводности благодаря конвекционного способа передачи тепла через стены во время отопительного сезона.
Следовательно, снижение гелевой и капиллярной пористости сокращает риски разрушения газобетонных стен при переменном замораживании и оттаивании. Уменьшение диаметра ячеистой пористости снижает теплопотери через стены.
Таким образом, применение модифицированного неавтоклавного газобетона на основе техногенных отходов позволит обеспечить экологическую безопасность за счёт значительного сокращения тепловых потерь через стены зданий при образовании трещин под действием мороза и неоднородной поровой структуры традиционного газобетона. Экологическая безопасность будет повышена за счёт экономии энергии на отопление жилых помещений и благодаря снижения выноса тепла в атмосферу. Вынос тепла в атмосферу, как известно, способствует развитию парникового эффекта. Более того, экологическая безопасность зданий и окружающей среды невозможна без надёжной эксплуатации ограждающих конструкций - газобетонных стеновых блоков. Рентгенофазовый анализ по пику алита оценил степень гидратации цемента: у модифицированного газобетона как 91 %, а прочность как более высокую, а у газобетона традиционного состава – 67 % и более низкую соответственно. Это же подтверждается по пику кварца, который на 40 % ниже, чем у традиционного состава. Кварцевый песок в модифицированном газобетоне вошёл в состав матрицы межпоровых перегородок, упрочняя их. Применение техногенных отходов в модифицированном газобетоне и органоминеральном модификаторе позволило также в 7 раз снизить количество растворимого и подверженного коррозии портландита по сравнению с традиционным газобетоном. Также в 2 раза увеличивается количество эттрингита.
Следовательно, утилизация техногенных отходов в модифицированном газобетоне и органоминеральном модификаторе существенно повышает экологическую безопасность окружающей среды за счёт упрочнения структуры, повышения её однородности и теплозащитных свойств.
Как уже отмечалось, в рамках экологического механизма утилизации техногенных отходов получены модифицированные газобетонные изделия. В составе такого газобетона при его производстве утилизированы: фосфогипс в модифицированном газобетоне; а также фосфогипс, послеспиртовая барда, молочная сыворотка и тиосульфат натрия в органоминеральном модификаторе. Процесс утилизации техногенных отходов в составе газобетона существенно увеличил экологическую безопасность окружающей среды за счёт упрочнения, повышения однородности и качества поровой структуры. Всё это оказывает значительное влияние на водопоглощение, капиллярное всасывание, водостойкость, паропроницаемость, теплозащитные свойства. Эти показатели характеризуют надёжность сооружения при эксплуатации, а также существенное снижение парникового эффекта при выносе тепла через стены в атмосферу во время жизненного цикла газобетонных изделий.
Показатели качества или физико-механические свойства модифицированного газобетона, как показывает практика, зависят от качества компонентов газобетонной смеси, технологии и используемых модификаторов. В работе были приготовлены газобетонные смеси с диаметром расплыва лепёшки по вискозиметру Суттарда 14 см. Свойства модифицированного газобетона неавтоклавного твердения в возрасте 28 суток представлены в таблице 3.6.
Вид бетона В/Т Марка по плотности Предел прочности при сжатии, МПа Класс бетонапо прочности1 Контрольный (традиционный) 0,7 D700 3,3 В2,5 Модифицированный 0,6 D700 4,5 В3,5 1 - Класс бетона по прочности при коэффициенте вариации 0,135 Анализ полученных результатов показывает, что прочность на сжатие модифицированного газобетона в сравнении с контрольным (традиционным) 102 составом возрастает на 36%. Это происходит за счёт органоминерального модификатора, позволяющего снизить В/Т на 14 % и упрочнить цементно-песчаную матрицу межпоровых перегородок газобетона. Пористость газобетона определяет его водопоглощение, водостойкость и капиллярное всасывание в процессе эксплуатации. Эксплуатационные свойства газобетона в значительной степени зависят от размеров, формы и качества поверхности пор. Для оценки стойкости ячеистых бетонов определяют их водопоглощение, водостойкость, степень заполнения пор водой, скорость капиллярного всасывания. Капиллярное всасывание воды модифицированным газобетоном (18 %) и традиционным газобетоном (24%) определяли по известной методике. Результаты испытаний газобетонов на водопоглощение и капиллярное всасывание приведены на рисунках 3.12 и 3.13.
Экологическая оценка техногенных отходов на протяжении всего жизненного цикла газобетонных изделий
Удельный ущерб от поступления в окружающую среду техногенных отходов может быть выражен через затраты на удаление, обезвреживание и захоронение твердых отходов, а также через стоимость отчуждаемой для этих целей земли и затраты на ее санитарно-гигиеническую рекультивацию: Yn = Yyd Yт (4-3) 127 где Ууд - затраты на удаление, обезвреживание и захоронение 1 т отходов, Для расчёта затрат на удаление, складирование и захоронения отходов применяется выражение 4.4: Yy(i = Зт + Сс + Екх Ксо (4.4) где: Зт - затраты на транспортировку, погрузочно-разгрузочные работы; Сс - расходы на содержание 1 т отходов; Ксо - удельные затраты на сооружение систем складирования; Ек - нормативный коэффициент экономической эффективности удельных капитальных затрат. Расходы, связанные с выделением земель для целей складирования, захоронения отходов рассчитываются по выражению 4.5: Yт = [Зз + Зр) X S (4.5) где: 33 - экономическая оценка 1 гектара земли выделяемого под складирование и захоронение; Зр - средние затраты на рекультивацию земель; S - площадь земель выделяемых под складирование или захоронение. Таким образом, предложенный экологический механизм масштабной утилизации техногенных отходов, включая технологии двухстадийной утилизации, позволяет снизить ущерб, наносимый окружающей среде в результате уменьшения загрязнения территории отходами на 3,48 млн. руб./год.
Был олределён предполагаемый экологический эффект от масштабной утилизации техногенных отходов. Для этого были расчитаны объёмы техногенных отходов, которые могут быть использованы в производстве ячеистобетонных изделий по плану выпуска до 2020 г.
По государственной программе «Жилище» с 2017 по 2020 годы ежегодно будет производиться 20... 23 млн. м ячеистобетонных изделий. На основании экологического механизма масштабной утилизации техногенных отходов получена возможность разместить в производстве газобетонных изделий на 1 м изделий следующие массы отходов: - фосфогипса - 51,25...52,25 кг; - послеспиртовой барды - 0,5...2,25 кг; 128 – молочной сыворотки – 0,5...2,25 кг; – тиосульфата натрия – 1,25...2,25 кг. Таким образом, если использовать разработанные в диссертации составы, то 2017...2020 годах будет утилизировано: – фосфогипса – 1,025...1,2 млн. тонн в год, за 4 года – 4,1...4,8 млн. тонн; – послеспиртовой барды – 10...51,75 тыс. тонн в год, за 4 года – 40...207тыс. тонн.; –молочной сыворотки –10...51,75тыс. тонн в год, за 4 года – 40...207тыс. тонн; –тиосульфата натрия– 28,75...51,75тыс. тонн в год, за 4 год – 115...207тыс. тонн. Следовательно, суммарная масса утилизируемых техногенных отходов составит значительный экологический эффект.
Для проведения опытно-промышленного внедрения были определены задачи на основании схемы жизненного цикла техногенных отходов в производстве модифицированного газобетона неавтоклавного твердения по выбору базового предприятия, технический и экономический анализ возможности применения предлагаемых технических решений в его условиях с применением основного заводского технологического оборудования; освоение технологии изготовления стеновых блоков на основе модифицированного состава газобетона. Перед опытно-промышленным внедрением были разработана техническая документация в виде ТУ.
Изготавливаемые изделия должны соответствовать ГОСТ 21520-89. Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие. Технические условия. Были разработаны Технические условия «Экологически безопасные газобетонные стеновые блоки на основе техногенных отходов. ТУ 5741-003-29888514-2016».
Технические условия распространяются на газобетонные неавтоклавные стеновые блоки на основе техногенных отходов. Стеновые блоки обладают экологической безопасностью, предназначаются для гражданского и промышленного строительства, применяются для строительства несущих и самонесущих стен, других элементов зданий. В данном документе регламентируются экологические, технические и геометрические показатели стеновых блоков, а также, устанавливаются требования к техногенным отходам и сырьевым компонентам, правила маркировки, хранению и транспортировке изделий. Материалы и газобетон для изготовления блоков должны соответствовать требованиям ГОСТ 25485.
Условное обозначение блоков должно состоять из названия «Экологически безопасные газобетонные блоки на основе техногенных отходов стеновые мелкие»; класса бетона по прочности на сжатие; марки по показателю средней плотности (буквенного обозначения D и цифрового обозначения номинальной плотности); цифрового обозначения длины, ширины, высоты блока; обозначения настоящих технических условий.
Также в технических условиях устанавливаются требования при производстве, испытании и применении техногенных отходов по пожарной безопасности и санитарно эпидемиалогических правил и нормативов в соответствии с СанПиН 2.2.3.1385-03. Необходимо собладать контроль за содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.005 – 88, ГН 2.2.5.1313-03 и проводиться лабораториями в срок и в объемах согласованными с уполномоченными органами в установленном порядке. Предельно допустимая концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений – 2 мг/м3 . При производстве материалов контроль показателей микроклимата и концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны проводят по СанПиН 2.2.4.548-96 отвечающими требованиям ГОСТ12.4.011-89. Производственное помещение должны быть обеспечены приточно-вытяжной вентиляцией в соответствии с требованиями ГОСТ 12.4.021-76, контроль уровня шума в соответствии с требованиями СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Работники, занятые в производственном процессе, обеспечиваются средствами индивидуальной защиты в соответствии с отраслевыми типовыми нормами