Содержание к диссертации
№п/п Наименование Стр.
Введение. 4
1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования. 10
1.1. Попутные продукты промышленности и их использование в прак- 10
тике строительства.
(1.1.1. Общая характеристика и химический состав металлургических 10
шлаков.
1Л .2. Минералогический состав металлургических шлаков. 16
1.2. Существующие методы активации шлаков. 20
Структурообразование механогидрохимически активированных 22 шлаковых вяжущих.
Основные направления реализации метода механогидрохимической 24 активации.
Способы улучшения свойств глинистых грунтов 26
Перспективы развития методов улучшения свойств глинистых 29 грунтов.
1 1.5. Проблема утилизации аминосодержащих отходов. 30
Место аминокомплексов в системе химических соединений 3 0
Характер заражения окружающей среды НДМГ 31 1.6. Экологическая проблема использования попутных продуктов про- 38
мышленности.
Выводы и задачи исследования. 41
2. Материалы и методики исследования. 43
2.1. Общая характеристика металлургических шлаков, используемых в 43
исследовании.
! 2.1.1. Доменный шлак. 43
*
2Л.2. Сталеплавильный шлак. 48
Общая характеристика глин, использумых в исследовании. 49
Другие материалы 55
Аминокомплексные соединения. 56 2.4.1. Общая характеристика «навозила» и других аминокомплексных со- 56
единений.
2.5. Методики исследований. 57
Выводы по главе. 58
t
3. Влияние добавок аминокомплексных соединений на свойства 60
композиционных материалов на основе шлаков.
Выбор матричного вяжущего для композиционных материалов. 60
Влияние вида тепловлажностной обработки на свойства компози- 68 ций на основе доменного шлака с добавками аминокомплексных соединений.
Влияние автоклавирования на свойства композиций на основе до- 68 менного шлака с добавками аминокомплексных соединений.
Влияние пропаривания на свойства композиционных материалов на 104 основе доменного шлака с добавками аминокомплексных соединений.
Влияние твердения при повышенной температуре и низкой относи- 111 тельной влажности на свойства композиций на основе доменного шлака с добавками аминокомплексных соединений.
Свойства композиционных материалов на основе доменного шлака 114 с добавками аминокомплексных соединений при нормальных условиях твердения.
Долговечность композиционных материалов на основе доменного 116 шлака.
Влияние аминокомплексных соединений на свойства компози- 129
ционных материалов на основе глин.
Влияние добавок аминокомплексных соединений на свойства глин. 129
Природа взаимодействия аминокомплексных соединений с глини- 131
отыми породами.
Изменение макроагрегатного состояния глинистых грунтов под 133
влиянием аминокомплексных соединений типа «навозина».
Влияние аминокомплексных соединений на долговечность компо- 163
зиций на основе глины.
Выводы по главе. 164
Разработка технологии утилизации ракетного топлива в ком- 167
позиционные строительные материалы.
Существующие способы утилизации НДМГ 167
Метод сжигания НДМГ 167
Термический метод нейтрализации грунта 168
Утилизация аминосодержащих отходов в строительных композитах 169
Утилизация аминосодержащих отходов в строительных композитах 169
на основе шлаков
Утилизация аминосодержащих отходов в строительных композитах 171
на основе глин
Экологическая характеристика районов падения ракет - носителей 173
Расчет предотвращенного экологического ущерба 174
Расчет экологического ущерба от загрязнения почв и земель 175
Расчет экологического ущерба от загрязнения водных объектов 176
Общие выводы 178
Список используемой литературы. 181
Приложения.
Введение к работе
Актуальность работы:
Широкое использование в производстве строительных материалов отходов и вторичных продуктов промышленности является одной из актуальных проблем научно-технического прогресса. Это диктуется как экономическими, так и экологическими требованиями. Важной и нерешенной в полной мере до настоящего времени является задача производства материалов, обеспечивающих снижение энергоемкости и трудоемкости строительства, стоимости изделий и конструкций [1].
По прежнему в технологическом производстве бетонных и железобетонных конструкций основным вяжущим остается клинкерный цемент, в силикатных стеновых материалах - известь, технологические процессы получения которых достаточно дороги и энергоемки, требуют больших капитальных затрат, в связи с чем важной задачей остается поиск строительных материалов с более низкой стоимостью и энергосберегающих технологий получения вяжущих [1].
Значительные резервы экономии материальных и топливно-энергетических ресурсов заложены в использовании крупнотоннажных отходов металлургических производств, крупные запасы которых имеются во многих регионах России. Современные методы утилизации подобных отходов подтверждают возможность их широкого использования в различных направлениях [2,5].
Одним из способов повышения эффективности применения шлаков является модифицирование их различными добавками. В работе установлено, что к возможным активизирующим веществам можно отнести аминосодер-жащие отходы жидкого ракетного топлива, которое в настоящее время накоплено ВПК в больших количествах в связи с конверсией или снятия ракеты с вооружения и представляют собой высокотоксичное техногенное сырье.
Одними из наиболее токсичных являются отходы, содержащие несимметричный диметилгидразин (НДМГ), который входит в компоненты жидкого ракетного топлива (КЖРТ). Высокая токсичность применяемых КЖРТ требует постоянного контроля и комплексного экологического обследования районов падения и прилегающих к ним территорий. Это вызвано тем, что территории, используемые ранее только для полигонных испытаний и запрещенные для посещения и народнохозяйственной деятельности, в последнее время стали активно использоваться, превращаясь в зоны экономических интересов различных регионов СНГ [3].
С 90-х годов 20 века в рамках программы «Экое» начаты работы по изучению экологической ситуации в этих районах. Головным исполнителем по экологической паспортизации районов был определен РНЦ «Прикладная химия». Аналогичные исследования проводились географическим факультетом МГУ совместно с Институтом биофизики Минздрава РФ. Проведены исследования по изучению влияния КЖРТ и продуктов их превращения на отдельные составляющие экосистемы, включая человека [4].
Собраны сведения о природно-климатическом комплексе районов, характере землепользования, народнохозяйственной деятельности, инфраструктуре, населении, проведены гидрологические исследования, разработана модель распространения компонентов топлива гидрологическим путем. Определены концентрации КЖРТ в природных сферах, выявлены загрязненные места, дана количественная оценка площадей загрязнения, определены направления и скорость миграции загрязнения. Проанализированы данные о заболеваемости населения и медикогигиеническом состоянии прилегающих районов [3].
Проблема утилизации ракетного топлива является актуальной. Для ее решения предлагался ряд технологий. Так, например, была разработана и внедрена технология термического уничтожения НДМГ, которая является достаточно дорогостоящей и экологически небезопасной [5].
В работе установлено, что перспективным путем утилизации НДМГ является введение его в составе комплексного соединения «Навозин» в качестве добавки в композиционные строительные материалы (КСМ). Исследования показали» что добавка выступает в роли активатора твердения шлаков металлургических предприятий и глин. Разработана комплексная программа утилизации НДМГ в композиционные строительные материалы и проект завода-модуля для переработки НДМГ в «Навозин» и далее в КСМ [б].
Целью данной работы является:
-научное и практическое обоснование возможности создания новых композиционных строительных материалов на матричной основе металлургических шлаков и глин, активированных комплексной добавкой «навозин» или другими аминосодержащими отходами.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-произвести целенаправленный выбор матричной основы для создания композиционных строительных материалов с использованием аминоком-плексных добавок, включая «навозин».
-оценить влияние комплексной добавки «навозин» на физико - механические свойства и долговечность строительных композитов.
-исследовать механизм действия «навозина» на процесс твердения строительных композитов.
-исследовать наиболее широко представленные аминосодержащие отходы с целью оценки их активирующей способности.
-установить оптимальные условия для изготовления композиционных материалов.
-разработать технологические схемы производства строительных материалов на матричной основе шлаков и глин.
-оценить экономическую эффективность природоохранных мероприятий по утилизации аминосодержащих отходов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-произведен целенаправленный выбор матричной основы для создания композиционных строительных материалов, не разрушающих «навозин» на стадии приготовления и раннего твердения.
-научно обоснована возможность создания композиционных строительных материалов на матричной основе металлургических шлаков, глин и комплексных добавок - активаторов, включая «навозин».
-физико - химическими методами исследований показано активирующее действие комплексной добавки при твердении композиционных материалов на матричной основе шлаков и глин.
-установлено усиление активизирующего действия комплексной добавки «навозин» по мере увеличения периода вылеживания шлака.
- впервые получены данные об особенностях изменения структуры композиционных строительных материалов на матричной основе шлаков и глин при введении комплексной добавки «навозин».
Практическая значимость работы:
-Определена эффективность действия добавок различных аминоком-плексных соединений на прочностные показатели и долговечность композиций на основе шлаков и глин при различных условиях твердения.
-Разработаны основные параметры технологии изготовления строительных изделий на основе бесцементных вяжущих композиций с применением продукта нейтрализации аминосодержащего отхода «навозин» с целью его полной утилизации в и его безопасной инкапсуляции.
-Произведен расчет предотвращенного экологического ущерба от загрязнения почвы и водных объектов компонентами жидких ракетных тошшв, который составил 2 823,21 млн.руб от загрязнения почвы и - 40 млн.руб от загрязнения водных объектов (в расчете на падение одной ракеты — носителя).
-Применение разработанных составов на матричной основе шлаков и глин позволяет решить проблему утилизации аминосодержащих продуктов с
одновременным формированием изделий с повышенными эксплуатационными характеристиками.
-Бетоны классов до ВЗО на основе доменного шлака с добавкой «навозина» рекомендованы для изготовления изделий строительного назначения. Композиции на основе глин рекомендуются для использования при оперативной локализации токсичных проливов на почву, а также для уплотнения глинистых грунтов.
-Учитывая чрезвычайную опасность попадания несимметричного диме-тилгидразина в окружающую среду, использование «наволита» и «навозина» может быть рекомендовано для предотвращения последствий аварийных ситуаций на космодромах Байконур и Плисецк, а особенно, в местах падения первых ступеней ракет носителей в этих регионах.
-Полученные результаты по остальным аминокомплексам могут быть использованы для безопасной и эффективной утилизации отходов промышленных производств (в частности Кемеровское и Чебоксарское ПО «Хим-пром», Дзержинский «Синтез», ГубахимскиЙ химкомбинат...).
-Результаты исследования используются в учебном процессе при чтении лекций для подготовки инженеров по специальностям «Промышленное и гражданское строительство», «Строительство железных дорог».
Автор защищает:
-теоретическую, обоснованную и эксперементально доказанную возможность создания композиционных строительных материалов на матричной основе металлургических шлаков, глин и комплексных добавок — активаторов, включая «навозин» и другие аминосодержащие отходы.
- доказанное активирующее действие «навозина» при твердении композиционных материалов на матричной основе шлаков и глин.
-результаты эксперементальных исследований физико - механических свойств и долговечность разработанных композиционных строительных материалов.
Апробация работы:
Основные положения работы
-доложены и обсуждены на: Конференциях МПС РФ 1997 - 2000г «Неделя науки» ПГУПС; в сборнике научных трудов ПГУПС 1999, 2002гг; на Всероссийской XXXI научно - технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» 2001 г; г.Пенза, П международной научно - практической конференции «Защитные композиционные материалы и технологии третьего тысячелетия «Композит - 2001»; международная конференция «Комплексное использование природного и техногенного сырья Баренцева региона для получения строительных материалов», г.Апатиты 2003г.
Публикйт^ии:
По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ. Достоверность результатов:
Подтверждена данными эксперементальных исследований, выполненных с использованием современных методов физико - химического анализа.
Работа выполнялась в Санкт-Петербургском государственном университете путей сообщения на кафедре «Строительные материалы и технологии».
