Автореферат Естемесовой

                                                                                            

УДК: 504. 064.4.45                                                              На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

ЕСТЕМЕСОВА  АКСАЯ  САНСЫЗБАЕВНА

 

 

 

 

Экотехнологичное производство сухих строительных смесей

с применением стекольного боя

 

 

25.00.36    - Геоэкология

05.17.11 - Технология силикатных и тугоплавких

 неметаллических материалов

 

 

 

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

г. Алматы,   2007 г

 

 

Работа выполнена в Центральной лаборатории сертификационных испытаний строительных материалов /ЦеЛСИМ/

 

 

 

 

Научные руководители:                                  доктор технических наук

                                                                           Нурпеисова М.Б.

 

                                                                           кандидат технических наук

                                                                           Шаяхметов Г.З.

 

 

Официальные оппоненты:                              доктор технических наук

                                                                           Жалгасулы Н. (25.00.36)

                                                                           кандидат технических наук

                                                                           Жалалов Р.К. (05.17.11)                                                             

 

 Ведущая организация:                                   Алматинский институт

                                                                                  энергетики   и связи 

 

 

 Защита состоится «02 »  ноября 2007 г в  14.00    на заседании диссер-тационного совета Д14.15.07 при Казахском национальном техническом университете им. К.И. Сатпаева по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22 конференц зал (НК), 1 этаж, факс 8 (727) 292-64-37.      

                                                        

 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева по адресу:  050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22.

 

Автореферат разослан  «01» октября  2007 года

 

 

 

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. техн. наук                                                                           О.А. Сарыбаев  

 

 

 

 

Введение

 

 Актуальность работы. В настоящее время среди составляющих экотопа литосфера испытывает самое значительное по массе и опасное антропогенное давление. Например, в атмосферу выбрасывается в год менее 1 млрд.т вредных загрязняющих веществ без учёта выброса СО2, в гидросферу попадает 15 млрд.т поллютантов, а накопление загрязнителей в литосфере достигает 90 млрд.т. Кроме того, общая масса литополлютантов к концу 90-х годов прошлого века превысила 4000 млрд.т, что уже сопоставимо с массой живого вещества биосферы.

Из этих техногенных материалов существенная доля приходится на строительные отходы, возникающие при производстве строительных материалов,  возведении, реставрации и сноса зданий,  сооружений  и дорог. В настоящее  время на планете образуется около 2,5 млрд.т строительных отходов. А также выявлено, что ежегодный объём накопления ТБО по Казахстану составляет 15 млн.м3 в год, накоплено – 3,2 млрд.т.  Состав ТБО г. Алматы, %: бумага – 22,9; пищевые отходы – 27,8; деревья - 8,3; текстиль – 8,3; кости – 5,8; лом – 1,5; стекло – 2,7; пластмасса -1,6;  прочие - 5,0. Из этого следует, что строительные и бытовые отходы представляют серьёзную  угрозу для окружающей среды.

      Среди них особое место занимает стекольный бой - строительный и бытовой отход. В отличие от других твердых бытовых отходов стеклобой не подвергается окислению или разложению и количество стеклобоя, накопленного и продолжающего поступать в окружающую среду,  растет угрожающими темпами.

     Анализ рынка стеклобоя в Алматы показал, что ресурсы стекольного боя достигают в настоящее время до 20 тыс.т, при повторном использовании  равного лишь 3%, что составляет 0,6 тыс.т. Исходя из этих данных, можно предположить ущерб, наносимый им окружающей среде.

     Одним из направлений  использования стеклобоя  является получение на его основе сухих строительных смесей. Как известно, в настоящее время строительная отрасль  находится на подъёме и является одним из наиболее динамично развивающихся секторов отечественной экономики. Поэтому применение современных сухих смесей в строительстве страны интенсивно развивается.

     Одной из главных проблем в области производства сухих строительных смесей является выбор заполнителя (наполнителя) для их производства. Между тем, в качестве этих заполнителей (наполнителей) может быть использован стекольный бой, имеющий аморфную структуру кварца. При этом строительство получает сухие строительные смеси, отвечающие требованиям стандарта и утилизируется стеклобой в массовом объёме, что способствует решению экологической проблемы. Однако это направление использования стекольного боя в качестве заполнителей  (наполнителей)  для сухих строительных смесей недостаточно изучено, что сдерживает его применение.

Настоящая работа выполнена в соответствии с планом научно-исследо-вательских   работ   по   разработке   и   внедрению   технологий  получения    сухих

 

строительных смесей  на основе техногенных отходов Центральной лаборатории сертификационных испытаний строительных материалов (ЦеЛСИМ).

      Объектом исследования является стекольный бой, а предметом исследованияоценка воздействия стекольного боя на элементы экотопа и получение из него заполнителя (наполнителя) для современных сухих смесей.

      Идея работы заключается в использовании стекольного боя в качестве заполнителя (наполнителя) современных сухих строительных смесей.  

      Цель работы заключается в разработке эффективной экотехнологии, получения  заполнителя (наполнителя) из стекольного боя и производстве современных сухих строительных смесей.

     Поставленная цель достигается путём решения следующих задач:

     по специальности 25.00.36

     - анализ современного состояния влияния стекольного боя на окружающую среду и пути его утилизации;

     - оценка антропогенного воздействия стекольного боя на окружающую среду;

     - определение эколого-экономической эффективности утилизации стекольного боя при использовании его в качестве заполнителя (наполнителя) для сухих смесей;

      по специальности 05.17.11

      - разработка технологических параметров получения заполнителя (наполнителя) из стекольного боя;

      - установить влияние заполнителя (наполнителя) из стекольного боя на свойства сухих строительных смесей;

      - исследовать влияние заполнителя (наполнителя) из стекольного боя и полимерных добавок на гидратацию твердеющих силикатных систем.

       Методы исследования включают анализ современного состояния исследований влияния стекольного боя и оценку его  воздействия на окружающую среду с применением экологических, физико-механических и физико-химических методов; математическую обработку данных; методы эколого-экономического и технико-экономического анализов утилизации стекольного боя  в производстве сухих строительных смесей.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

по специальности 25.00.36

       -  закономерности вредного воздействия на литосферу стекольного боя, позволившие выявить наиболее его опасное воздействие на экосистему и научно обосновать природоохранные технические мероприятия;

       - зависимости измельчаемости стекольного боя длительного хранения от давления прессования в процессах сбора, транспортировки, перекатывания и уплотнения, позволяющие прогнозировать выход мелких частиц, как наиболее опасных для литосферы;

- зависимость  экологического ущерба от воздействия стекольного боя на литосферу, его объемов и занимаемой земельной площади, позволяющая оперативно принимать меры по его устранению и предупреждению.

 

по специальности 05.17.11

- зависимость размалываемости стекольного боя от продолжительности помола и габаритов мельницы, способствующая выбору оптимального времени помола и длины помольного агрегата, обеспечивающих заданный его гранулометрический состав;

- особенности диспергированных частиц стеклобоя, заключающиеся в том, что их поверхность подвержена гидратации, способствующей повышению физико-механических свойств сухих строительных смесей на их основе;

- новая технологическая линия производства сухих смесей с применением стеклобоя, расширяющая номенклатуру заполнителей (наполнителей) для сухих строительных смесей.

Научная новизна работы:

по специальности 25.00.36

- выявлены экологические особенности стеклобоя, заключающиеся в том, что под действием внешней нагрузки стеклобой постоянно подвергается диспергированию, что повышает его литополлютантные свойства;

- установлена способность частиц стекольного боя взаимодействовать с составляющими твердых бытовых и строительных отходов с образованием экологически опасных для литосферы антропогенных веществ;

по специальности 05.17.11

- впервые выявлены особенности диспергированных частиц стекольного боя в твердеющих силикатных системах, заключающиеся в том, что в отличие  от при-родных полевошпатовых заполнителей (наполнителей) поверхность частиц стекольного боя подвергается гидратированию, что способствует получению сухих строительных смесей с повышенной прочностью;

- впервые в качестве заполнителя (наполнителя) сухих строительных смесей использован стекольный бой, отличающийся от известных аморфной структурой. Разработана и апробирована ресурсосберегающая технология производства сухих строительных смесей на основе стекольного боя, способствующая снижению его антропогенного воздействия на литосферу;

Новизна технических и технологических решений защищена четырьмя предпатентами РК ( № 15955; 16646; 16647; 16649);

Практическая ценность и реализация результатов работы заключается в:   

- экологической оценке загрязнения  и эколого-экономического ущерба, наносимого стекольным боем окружающей среде, в особенности литосфере;

 - в направленном использовании установленных зависимостей для планирования необходимых природоохранных мероприятий и обеспечения заданных свойств сухих строительных смесей;

 - разработке новых составов и технологии производства сухих строительных смесей на основе стеклобоя.

 Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- сходимостью экспериментальных и промышленных результатов;

-сходимостью данных, полученных различными методами физико-химического анализа;

- положительной оценкой и промышленной апробацией научно-практических результатов и достигнутой технико-экономической эффективностью.

Научная значимость работы заключается в утилизации стеклобоя в производство сухих строительных смесей в качестве заполнителя (наполнителя), способствующей снижению его влияния на окружающую среду.

Личный вклад автора состоит в:

- оценке антропогенного влияния стекольного боя  на окружающую среду, в особенности на литосферу,  постановке цели и задач исследований;

-проведении лабораторных физико-химических и физико-механических исследований;

-разработке технологических параметров получения заполнителя (наполнителя) из стекольного боя и сухих строительных смесей на его основе;

- выпуске опытно-промышленной партии сухих строительных смесей на основе заполнителя (наполнителя) из стекольного боя;

- публикациях научно-практических результатов в печати, разработке и получении предпатентов РК.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинарах ЦеЛСИМ (2003-2006 г.г.), на Международных и Республиканских  научных конференциях и совещаниях: КазГАСА (май 2005 г, октябрь 2005 г.); КазНТУ (2005 г.); ТарГУ (2005 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 19 научных трудах и предпатентах, из них 9 в изданиях, перечень которых утвержден Комитетом  по надзору и аттестации в сфере образования и науки МОН РК, и 7 работ в материалах научных конференций.

Структура и объем диссертации.   Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка использованных источников из 124 наименований, изложено на 150 страницах компьютерного набора, содержит 27 таблиц, 51 рисунок  и 5 приложений.

Основное содержание работы.

 

В первом разделе анализируется современное состояние исследований влияния стекольного боя на окружающую среду, в особенности на литосферу, и пути его утилизации.

Особый научный вклад  в мониторинговые исследования окружающей среды внесли: А.К.Адрышев, Т.К. Ахметжанов, М.С. Дуамбеков, К.Д. Дукенбаев, М.К. Дюсебаев, Н. Жалгасулы, А. Курманкожаев, С.С. Нуркеев, М.Б. Нурпеисова, В.Н. Уманец и др., а в области силикатной науки: У.А. Аяпов, Ю.М. Бутт, З.А. Естемесов,  Б.И. Нудельман, В.В. Тимашев  и др.  

Одними из главных загрязнителей окружающей среды являются строительные и твердые бытовые отходы, которые образуются преимущественно в городских и населенных пунктах.  ТБО  являются  одними  из  наиболее  опасных загрязнителей

окружающей среды. В них присутствуют такие вредные вещества как тяжелые металлы, в особенности свинец, кадмий и их соединения.

В настоящее время накопление ТБО растет угрожающими темпами. Одной из причин слабой утилизации ТБО является их многокомпонентный состав с различными физико-механическими, физико-химическими и химико-биологическими свойствами. Сжигание ТБО создает новую эколого-эконом-ческую проблему.

Среди компонентов ТБО стекольный бой занимает третье место после пищевых отходов и целлюлозных материалов.  Стеклобой является ценным сырьем для стекольной, силикатной и строительной промышленности, например, в качестве заполнителя (наполнителя) для сухих строительных смесей. 

Установлено, что роль вяжущих и полимерных добавок в сухих смесях изучена более основательно, чем роль заполнителя (наполнителя), между тем, воздействие последнего на свойства сухих смесей весьма велико, поскольку от него  главным образом зависят физико-механические, деформативные и эксплуатационные свойства затвердевших строительных растворов. Однако, как показывает анализ литературных источников, стекольный бой не рассматривался как сырье для получения заполнителя (наполнителя) для сухих строительных смесей, поэтому нет данных, характеризующих свойства сухих смесей с применением заполнителя (наполнителя) из стекольного боя.

В связи с этим создание эффективной технологии получения заполнителя (наполнителя) из стекольного боя для современных строительных сухих смесей является актуальной научно-практической задачей.

Во втором разделе приводятся характеристики исходных сырьевых материалов и методика исследования.

В качестве исходных сырьевых материалов для получения сухих строительных смесей были использованы: портландцемент Шымкентского цементного завода - ПЦ 400 Д0; стеклобой - отход листового и тарного стекла. Для улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств сухих смесей применяли  полимерные добавки  - «Мовилит» марок ДМ 2072 Р, LDM2080H и «Тилоза» марок  МН15002Р6, МН60010Р4 и МВ155009Р2. 

Вяжущее. Портландцемент имеет следующие физико-механические характеристики: марка ПЦ 400 Д0; прочность после тепловлажностной обработки при изгибе - 45 кгс/см2 ; сжатии - 280 кгс/см2; предел прочности через 28 суток, при изгибе - 60 кгс/см2; сжатии - 410 кгс/см2; тонкость помола при просеивании через сито № 008 – 92 %; нормальная густота – 25 %; сроки схватывания, час: начало – 2…3; конец – 4…5; удельная поверхность – 3200 г/см2.

По данным термического и рентгенофазового анализов установлено присутствие клинкерных минералов СаО.SiO2 (c линиями 3,037-2,763-1,758 Å); СаО.АI2O3 (с линиями 2,69-1,93 Å);  β-2СаО.SiO2  (с линиями 2,88-1,76 Å), а также 4СаО.АI2O3.Fe2O3 – (2,65–2,77 Å).

На кривой ДТА термического анализа зафиксированы эндоэффекты (-) 1100С и 7300С   с   общей   потерей   массы   3,5 %,  что  обусловлено   присутствием   гипса,

карбонатов магния и кальция.

Заполнитель (Наполнитель.) Роль заполнителя и наполнителя в твердеющей системе весьма велика. В качестве заполнителя – наполнителя для получения сухих строительных смесей применяли стекольный бой листового и тарного стекла.

      Стеклобой предварительно измельчали до тонкодисперсного состояния в шаровой мельнице до остатка на сите № 008, равного 0,8 %, так как повышенное содержание пылевидных частиц (фракций менее 0,14 мм) влияет на удобоукладываемость и водопотребность, что соответственно ведет к повышению водоцементного соотношения и понижению прочности.

Химический состав стеклоотходов: листовое – SiO2  - 71,8…72,5; Аl2O3  - 1,5…2; Fe2O3  -  0,1…0,2; СаО – 0,6…1,2; MgO – 3,0…4,2; R2O – 12,3…14,8; SO3  - 0,3…0,6; тарное – SiO2  - 64,2…71,5; Аl2O3+Fe2O3  -  3,0…3,5; СаО+MgO – 9,5…10,0; R2O – 14,2…15,1; SO3  - 0,1…0,3, F1 – 0,5 (сверх 100%).

В связи с его рентгеноаморфностью стекольный бой изучали методом ИКС-анализа.

Результаты ИКС-анализа стекольного боя приведены на рисунке 1. Вершина (максимум поглощения) самой интенсивной полосы спектра приходится на спектральный интервал 100 – 1100 см-1. Это означает, что в основной массе представленный материал сложен из «кирпичиков» кремне-кислородных тетраэдров – SiO4, а значит, имеет силикатную или кремнеземную природу. По совокупности параметров ИКС можно говорить о тройной системе Na2O-СаО-SiO2.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


а – фракция менее 0,315мм; б – фракция более 0,63 мм.

Рисунок 1 -  ИК-спектр стекольного боя

однако  свойств не проявляет.

      Добавки. Мовилит (Mowilith) марок ДМ 2072 Р и LDM 2080 Н представляет собой редиспергируемый в воде синтетический полимер на основе гомо-, со- и тройных полимеров винилацетата (СН3СООСН=СН2). Кроме того, в составе «Мовилита» содержатся антикоагулянты и вещество, препятствующие слеживанию.  Состав  «Мовилита»   «ноу-хау»,  производимый   фирмой «Clariant GmbH» (Германия), обладает высокой клеящей способностью. Тилоза (Tylose)  марок МН 15002 Р6, МН 60010 Р4 и МВ 155009 Р2 – сложные эфиры целлюлозы, устойчивы до +1200С, препятствует седиментации частиц наполнителя. Основной составляющей этой добвки является этилцеллюлоза [(С6Н7О12).(ОН)3-х).(ОС2Н5)х]m, также производимая  фирмой «Clariant GmbH».

На ИК-спектре тилозы имеются полосы поглощения С-Н, С-О связей, образующих структуру звена и ОН-групп, удерживающих многочисленные цепи этилцеллюлозы. Кроме того, каждое звено в цепи содержит свободные ОН-группы, участвующие в реакциях. Выявлено, что тилоза частично модифицированна этановыми группами разновидности целлюлозы. Присутствует также значительное количество ионизированного карбоксила и ароматических ядер. Рентгенограмма тилозы свидетельствует о аморфном состоянии последней. Мовилит же, напротив кроме аморфного гало в области малых углов  имеет дифракционные  линии, которые относятся к кристаллическим фазам (кальциту и глине). Кальцит СаСО3 – с линиями (3,037-2,49-2,29-1,85) Å, глина (монтмориллонит)  - (4,43-2,74-1,51) Å и небольшое количество  доломита СаMgСО3. Данные ИК-спектроскопии также показывают, что мовилит - органоминеральный материал: этилацетат СН3СООС2Н5 на мергеловом (карбонат Са + глина) носителе.  

       Методика исследований. Химико-минералогический состав исходных сырьевых материалов, а также влияние добавок и заполнителей на процессы гидратации и твердения цемента исследовали  с  применением  физико-химических  методов  анализа.

       Использовали рентгеновскую установку ДРОН-3М, дериватографическую установку МОМ-1500, инфракрасный Specord М-80, микроскоп МИН-8.

       Подготовку проб для исследования на вышеуказанных приборах проводили согласно инструкции для установки.

       Испытания свойств вяжущего проводили по ГОСТ 30515-97 «Цементы. ТУ», ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. ТУ» и ГОСТ 310.1-4.-76 «Цемент. Методы испытаний».

       Зерновые составы стеклобоя определяли по ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия» и ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний», опилок – ГОСТ 19222-84 «Арболит и изделия из него. Общие технические условия».

Свойства растворных смесей определяли по ГОСТ 28013-98  «Растворы строительные. Общие технические условия», СТ РК 1168-2002 «Смеси сухие растворные. Общие технические условия», ГОСТ 5802-86 «Методы испытаний».

       Теплопроводность теплоизоляционной штукатурной смеси определяли на электронном измерителе теплопроводности ИТП-МГ4 в соотвествии с требованиями ГОСТ 7076-99 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме».

В третьем разделе приведена оценка антропогенного воздействия стекольного боя на окружающую среду.

       Техногенные эмиссии. В этом разделе рассмотрены техногенные эмиссии стекольного боя по США, ЕС, СНГ, России, Казахстану и Алматы. При этом содержание стекольного боя в составе ТБО берем 5-15 % от их общей массы, исходя из того, что этот показатель в разных странах отличается и колеблется в пределах 3-17 % по массе.

Известно, что масса ежегодного накопления ТБО в США достигает 181 млн.т/год, ЕС – 162 млн.т/год, СНГ – 60 млн.т/год, России 38 млн.т/год, в Казахстане – 3 млн.т/год, в Алматы – 24 тыс.т/год. Общее количество ТБО, накопленное в Казахстане в настоящее время, достигает 3,2 млрд. т.

Исходя из вышесказанного, можно подсчитать ежегодную эмиссию стекольного боя в этих странах. Так в  США накапливается 9 млн.т стекольного боя, в ЕС – 8 млн.т, в СНГ – 3 млн.т, в России – 1,9 млн.т, в Казахстане – 150 тыс.т, в Алматы  - 20 ты.т, а общее накопление в Казахстане – 16 млн.т.

В США для хранения стекольного боя выделяется 44 га, в ЕС – 39 га, в СНГ – 14,7 га, в России – 9,3 га, в Казахстане – 0,74 га, в Алматы – 0,07 га. А общая площадь, занимаемая стекольным боем в Казахстане, достигла 78,4 га.

Из сказанного следует, что стекольный бой оказывает существенное антропо-генное влияние на окружающую среду.

       Приоритетной проблемой для города стало удаление твердых бытовых отходов производства и потребления. Существующая система управления твердыми бытовыми отходами находится на грани развала. Отходы до настоящего времени складируются и хранятся в различных накопителях, зачастую без соблюдения соответствующих экологических норм и требований. В результате этого почва, подземные и поверхностные воды многих регионов подвержены интенсивному загрязнению. 

За период эксплуатации Алматинского полигона по захоронению отходов с 1990 года по 1995 год на него ежегодно поступало более 1 млн. м3 отходов, однако в последние годы основная часть образовавшихся отходов размещается в несанкционированном порядке на других участках. Полигон расположен в 25 км от западной границы города на трассе Алматы-Бишкек, площадь составляет 29,2 га. Так, в 1999 году на городской полигон было вывезено 56631,7 тонн (23,8 %), мини-полигоны области – 148231,5 (62,5 %), на мусороперегрузочные станции и свалки – 32162,5 тонн (13,6 %).  Кроме этого, вывоз ТБО в близлежащие лога, пустыри  на территории города и области приводит к образованию несанкционированных свалок.

Таким образом, техногенные эмиссии стекольного боя в составах ТБО или строительных отходов являются существенным экологическим фактором для окружающей среды.

В процессе сбора, транспортировки, прессования, перекатывания и других технологических процессов ТБО, стекольный бой постоянно подвергается воздействию внешних нагрузок. Вследствие хрупкости стекольный бой при этом постоянно измельчается на более мелкие частицы.

В стальной цилиндр размерами 150х150 мм укладывали смесь, состоящую из стекольного боя, стального шарика и войлока при соотношении 10:20:70. После чего ее прессовали при заданном давлении на прессе. Затем смесь подвергали ситовому анализу. Установлены следующие закономерности:

- с повышением давления прессования содержание фракции стекольного боя размерами  более  100 мм и  70-100 мм в смеси уменьшается, а размерами 70-50 мм,

40-50 мм и менее – возрастает.

Очевидно, что мелкие частицы способны взаимодействовать со всеми составляющими ТБО – пищевыми отходами, ломом, полимерами и со всеми неорганическими веществами (бетон, кирпич, цемент и т.д.).

       При продолжительном действии на обычное стекло вода отчасти извлекает из него силикат натрия (вследствие гидролиза Na2SiO3):

Na2SiO3 + H2O = 2NaOH + SiO2

с образованием щелочи и оксида кремния которые, в свою очередь, сильно влияют на минералогический состав почвы. Однако данный процесс протекает очень медленно и его влияние на состояние почвенного покрова Земли практически не заметно при малом объеме стеклобоя, так как сроки разложения стекольного боя составляют 100 лет и более.

Помимо этого, при взаимодействии с водой на поверхности частиц стекольного боя могут образовываться следующие гидратные фазы: Si(ОН)4,  Са(ОН)2 и др., которые, в свою очередь, также активно взаимодействуют с составляющими окружающей среды.

При взаимодействии с пищевыми отходами частицы стекольного боя могут образовывать сложные эфирные вещества кремнеорганических соединений разичного агрессивного типа. При этом выделяются также ионы  Nа и Са, которые образуют в водной среде щелочи, обладающие чрезвычайной агрессивностью.

Другой приоритетной экологической опасностью мелких частиц стекольного боя при разложении является выделение из них различных элементов: соединений мышьяка, хрома, железа, никеля, меди, свинца и многих других.

Из сказанного следует, что мелкие частицы стекольного боя оказывают существенное экологическое  воздействие на компоненты экосистемы путем образования и выделения различных экологических опасных соединений в результате взаимодействия их с составляющими ТБО или строительных отходов.

В четвертом разделе представлены данные о физико-химических процессах, происходящих в твердеющих силикатных системах сухих строительных смесей.

Идентификация продуктов гидратации и твердения силикатных систем  показала, что как стекольный бой, так и полимерные добавки оказывают на фазовый состав твердеющих систем  значительное влияние.

       В соответствии с рисунком 2 микроструктуры затвердевшего раствора в возрасте 3 суток в естественных условиях частицы стекольного боя уже на начальном этапе гидратации твердеющей силикатной системы подвергаются действию щелочных составляющих цементного теста. В результате такого воздействия поверхность частиц  стекольного боя гидратируется. Толщина гидратационного слоя  составляет 1…5 мкм. Гидратированная часть зерен стекольного боя образует вокруг них кайму, не отделяясь от остаточной основной части. В некоторых случаях промежуточная цементирующая фаза, наоборот,  проникает в структуру зерен стекольного боя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


            

а)                                                                 б)

темная часть – промежуточная цементирующая фаза,   светлая – частицы стекольного боя

Рисунок  2 – Микроструктура цементного камня с заполнителем (наполнителем) из стекольного боя

 

Анализируя полученные данные по изучению микроструктуры затвердевшего раствора можно сделать следующие выводы:

- изначально наблюдается механическое взаимодействие между стекольным боем и клинкерными составляющими в связи с краеугольной формой стекольного боя  и шероховатостью поверхностей ее частиц;

- вследствие своего аморфного характера, микрочастицы SiO2 выполняют функцию очагов образования кристаллов для гидратов, таких как гидрат силиката кальция (СSН), что объясняет образование дополнительного количества кристаллитов, инициирующих процесс схватывания. Кроме того, кремнезем SiO2 вступает в реакцию с портландитом [Са(ОН)2] через механизм, описанный в реакции:

SiO2 + Cа(ОН)2 → СSН

- в твердеющей силикатной системе зерна стекольного боя преимущественно гидратируются, создавая вокруг остаточной части кайму толщиной 1…5 мкм;

- составляющие цемента,  гидратируясь и выделяя при этом гидратную фазу, активно воздействуют на зерна стекольного боя;

- в результате активной гидратации и поверхностной гидратации зерен стекольного боя между ними возникает промежуточный гидратный слой, связывающий между собой цементный камень и заполнитель (наполнитель);

- промежуточный гидратированный слой, как правило, связывает между собой цементный камень  с зернами  стекольного боя;

- такое положение промежуточного гидратированного слоя между зернами стеклобоя и цементным камнем способствует значительному упрочнению и уплотнению раствора.

В соответствии с рисунком 3 выявлено влияние полимерных добавок, так при содержании тилозы 0,2 %  полоса воды 3444 см-1 имеет интенсивность Iт (3444) = 60, а при тилозе 0,3 % –  Iт (3424) = 40. При добавлении  мовилита в количестве 1,0%, кривая в1  интенсивность полосы воды Н2О Iт (3404) составляет 30. Эти же закономерности  прослеживаются  на всех трех парах кривых, а именно  а1,, б1 и в1.

Особенно чувствительна к количеству и виду добавки полоса поглощения Са(ОН)2  3640 см-1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


а,б,в – с добавкой тилозы, соотвественно 0,4; 0,3 и 0,2 %; а1,, б1, в1 – с добавкой мовилита и тилозы, соответсвенно 1,5+0,4;  1,2+0,3; 1,0+0,2 %

Рисунок   3  - Зависимость ИК-спектра в области частот ν (ОН) гидроксила и воды от вида и содержания добавки

 

Возможно, свободные конформации полимеров тилозы способствуют образованию более мощных электрических полей от движущихся полярных ионогенных групп. Эти движущиеся заряды увеличивают дипольные моменты колебательных переходов, вызывающих появление полос у 3400 см-1. Снижение в 1,5 раза интенсивности полосы поглощения 3424 см-1 с увеличением количества тилозы от 0,2 до 0,3 и 0,4 % масс может означать удаление от оптимальной области концентраций, где добавка действует, как действительно малая.

Мовилит в пределах концентраций 1-1,5 % масс оказывает гасящее действие на динамику системы, переводя ее как бы в замороженное состояние, т.е. снижая ее химическую реактивность.

      Таким образом, тилоза проявляет себя как минерализатор, т.к. она способствует реакции между гипсом и алюминатной составляющей цемента, а мовилит – как  - ингибитор кристаллизации.

      Пятый раздел посвящен разработке ресурсосберегающей технологии производства сухих строительных смесей на основе измельченного стекольного боя.

 

Технология измельчения. Технологическая схема производства заполнителя (наполнителя) стекольного боя приведена на рисунке 4, из которого видно, что получение заполнителя (наполнителя) отличается простотой и компактностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1- отходы тарного и листового стекла; 2 – классификатор; 3 – дробилка с совмещением процессов мелкого дробления; 4 – ленточный транспортер; 5 – шаровая мельница; 6 – центробежный сепаратор; 7 – ковшовый элеватор; 8 – аэрожелоб; 9 – бункеры фракционированного стекольного боя

 

Рисунок 4 – Технологическая схема получения заполнителя (наполнителя) стекольного боя

 

Установлено, что получение заполнителя (наполнителя) с требуемой дисперсностью из стекольного боя главным образом зависит от типа мельниц и продолжительности помола, а также вида мелющих тел.

Математическая зависимость тонкости помола стекольного боя от продолжительности измельчения описана следующим уравнением:      

              

у  = - 3,5237 + 12,1768 х – 2,6564 х2

 

Штукатурные сухие смеси, как правило, состоят из трех основных слоев – набрызга,  грунта (подготовительный слой) и накрывки (выравнивающий слой). Составы этих смесей приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 -  Составы штукатурных смесей

 

Наименование слоев

Пректная марка

Крупность заполнителя, мм, не более

Составы, %

Цемент

Заполнитель

(стекольный и бетонный бой)

Набрызг

100-200

2,5

31

69

Грунт

100-150

1,25

32

68

Накрывка

100-200

0,63

28

72

 

Содержание полимерных добавок зависит от их вида и природы: мовилит ДМ 2072 Р – 1,6…2,4  %;  тилоза  МН15002Р6    0,2…0,4 %;  а  также были  применены  комплексные добавки:  мовилит+тилоза – 1+0,2…1,5+0,4 %. 

Установлено, что в наибольшей степени влияние качества заполнителя проявляется в тощих растворных смесях, с увеличением содержания цемента это влияние уменьшается, так как возрастает влияние цементного теста, в очень жирных растворах, при большой раздвижке зерен заполнителя цементным тестом, влияние крупности заполнителя совсем незначительно.

      Выявлено, что в зависимости от нанесения и применяемых полимерных добавок изменяется водоцементное отношение и соответственно подвижность растворных смесей. Повышение содержания воды на 3…5 % связано с удельной поверхностью применяемого заполнителя и обусловлено дополнительным ее расходом на редиспергирование и растворение порошка.

       Также установлено, что средняя плотность растворной смеси  колеблется в пределах 1715 – 1878 кг/м3.

       Водоудержание растворных смесей различного состава без добавок отвечает нормативным требованиям (96,4 – 96,8 %), возможно это связано со структурой заполнителя (тониной, формой и размером), а именно с гранулометрическим составом.  Однако, с введением полимерных добавок растворная смесь приобретает качественно новые свойства, заключающиеся в том, что водоудерживающая способность полимерштукатурной смеси на стекольном бое улучшается и достигает  99,5…99,9 %.  Эффективность   применения     полимерных   добавок    в составе штукатурной смеси по водоудерживающей способности раствора наглядно проявляется и при повышенных температурах окружающей среды. Так при температуре выше 300С водоудерживающая способность смеси без добавок ниже 80 %, а при той же температуре смеси с полимерной добавкой  выше 97 %.

По требованиям ГОСТа 28013-98 расслаиваемость  свежеприготовленной  растворной смеси должна быть не более 5 %. Установлено,  что расслаиваемость смеси в зависимости от ее подвижности и состава колеблется в следующих пределах: для смесей без  добавки составляет 6,2 %; расслаиваемость же составов с полимерной  добавкой  колеблется  в пределах  3,1…4,2 %. Наилучшее значение по

 

 

расслаиваемости имеют составы с полимерными  добавками (мовилит+тилоза), что составляет  3,1 %.

Введение полимерных добавок в составы положительно повлияло на основные физико-механические характеристики затвердевшего раствора. Так, с повышением концентрации полимерной добавки,  повышается прочность набрызга при сжатии и изгибе на 8…10 % в сравнении с контрольными образцами, грунта 6…8%, накрывки  8…9 %, а прочность сцепления, соответственно возросла на  5…10 %. Морозостойость составов с применением добавок достигает более 150 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Полученные результаты показывают, что среди полимерных добавок наибольшей эффективностью обладают комплексные добавки, т.е. «мовилит»+«тилоза», затем самостоятельно вводимый «мовилит»,  а  последним по эффективности является «тилоза».

Таким образом, для штукатурных смесей эффективно применение отходов строительного комплекса – стекольного боя, введение полимерных добавок также   положительно влияет на основные свойства затвердевших штукатурных смесей.

Сухие теплоизоляционные штукатурные смеси. Известно, что большие и невозвратные теплопотери происходят в жилых и административных зданиях в местах оконных проемов,  кладки и стен, так как бетонные стены обладают высокой теплопроводностью. Нами были подобраны оптимальные составы сухих теплоизоляционных смесей, которые приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Составы теплоизоляционных штукатурных смесей

Наименование смеси

Соотношение,  %

Цемент

Стекольный бой

Опилки

«Мовилит»

 

Штукатурная

27

70,4

1,0

1,6

28,5

68,2

1,5

1,8

30

66

2,0

2,0

 

Отличительными особенностями этих материалов является применение стекольного боя в качестве заполнителя, в количестве в среднем 680 кг/м3, а также опилок фракции не более 1,25 мм. Средняя плотность раствора составляет 1800 кг/м3 с применением дрквесных опилок снижается до 880-1070 кг/м3, что предопределяет их теплофизические свойства. Расход вяжущего соотвественно составляет 285 кг/м3, мовилита 18 кг/м3.

Прочность на сжатие затвердевшего раствора, в зависимости от средней плотности составляет от 11,2 до 12,0 МПа, изгиб от  4,8 до 6,5  МПа, сцепление от 3,5 до 4,5 МПа.  Коэффициент теплопроводности - 0,25 - 0,19 Вт/(м0С), морозостойкость попеременного замораживания и оттаивания более – F75.

Сухие клеевые смеси.  Содержание полимера в рецептуре является определяющим фактором при выборе области применения клея. Экспериментальные составы клеевых смесей на стекольном наполнителе с добавкой мовилита с тилозы  представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Составы клеевых смесей на стекольном бое

Компонент

Содержание компонентов, %

А

Б

В

Г

Портландцемент ПЦ400

32

35

40

40

Стекольный бой фракций, мм:

0,05-0,125 мм

0,125-0,25 мм

0,25-0,5 мм

66,9

20

65

15

62

20

65

15

55,5

20

65

15

52,7

35

55

10

Мовилит  LDM2080H

0,5-1

1,5-2,5

3-4

5-7

Тилоза МВ155009Р2

0,2

0,5

0,5

0,3

 

По данным таблицы 3 и в зависимости от содержания и вида полимера клеевые смеси  классифицируют следующим образом:

А – содержит от 0,5-1 % полимера, экономически эффективен при облицовке керамической плиткой кирпичных, шлакоблочных,  монолитных и сборных конструкций из легкого бетона, не подверженных температурно-влажностным перепадам, а также усадочным и динамическим нагрузкам;

Б -  содержит  1,5-2,5 % полимера, практически универсальный  при облицовке как пористых так и плотных оснований плиткой различного размера, может быть использован для облицовки стен гипсокартонными и  пенополистирольными плитами и др.;

В – содержит 3-4 % полимера, обладает высокой адгезией, рекомендуется  для кладки плиток из природного камня, стекла, поливинилхлорида и др.;

Г – содержит 5-7 % полимера, характеризуется высокой адгезией и эластичностью и рекомендуется к применению при постоянных изменениях температурно-влажностного режима, высоких динамических и статических нагрузках.

С повышением величины П/Ц прочность полимерцементного клея интенсивно возрастает. Однако при этом П/Ц отношение влияет на прочность твердеющей системы при сжатии меньше чем при изгибе. Так, при П/Ц = 0,03 %  прочность при сжатии и изгибе соответственно составляет 15,5 МПа и 5,2 МПа. При П/Ц =  0,1-0,175 эти показания составляют 20,5-21,5 МПа и 11,2-13,8 МПа, далее наблюдается торможение прочности при сжатии  в отличие от прочности на изгиб.

Установлено, что при увеличении содержания полимерной добавки до 1 % или П\Ц = 0,03 прочность сцепления составляет 0,3 МПа. Прирост прочности ее на отрыв особенно заметен при П/Ц = 0,1…0,175 и  соответственно составляет 0,78-1,4 МПа. Максимальная прочность клея на отрыв составляет 1,4 МПа, что превышает нормативную (0,40 МПа) в 4,5 раза.

Нами установлено, что полимерные добавки существенно влияют на насыпную плотность смесей и растворов. А именно,  при добавлении  1,0…2,5 % мовилита, 0,5…2 % тилозы, плотность смеси составляет 1185…1215 кг/м3 и 1250…1280 кг/м3,

 

соответственно 1700…1880 кг/м3 и 1680…1850 кг/м3  затвердевшего раствора. Основные свойства полимерцементного клея приведены в таблице 4.

 

Таблица  4 - Основные свойства полимерцементных клеев

Наименование показателей

Составы

А

Б

В

Г

Свойства растворных смесей

Подвижность, см

6

6

6

5

Смещение, мм

1,0

0,5

0,5

0,5

Открытое время выдержки, мин

10

20

30

30

Время корректировки, мин

5

15

20

20

Свойства затвердевшего раствора

Прочность на сжатие, МПа

15,5

17,0

20,5

21,5

Адгезионная прочность, МПа

0,4

0,56

0,78

1,4

Морозостойкость, циклы

100

150

150

150

 

Экономическую эффективность  производства сухих строительных смесей определяли по формуле:

Э = (С1 – С2) . А,

где:  С1 – себестоимость 1 т сухой штукатурной смеси, тг; С2 – себестоимость 1 т предлагаемой сухой штукатурной смеси, тг;  А – годовой объем выпускаемой продукции, т.

Расход материалов на одну тонну смеси: цемент -  285 кг; стекольный бой  - 700 кг; мовилит - 12 кг; тилоза - 3 кг.

Себестоимость штукатурной смеси = 24306,24 тенге; Себестоимость клеевой смеси = 28379,23 тенге; Себестоимость теплоизоляционной смеси = 25036,23 тенге 

       Рентабельность =28,7 %.

Кроме того, использование стекольного боя  в производстве сухих строительных смесей позволяет сократить территорию отчуждаемых плодородных земель, которая определяется по уравнению:

Sосв  = (В/γ)/h1.к

где: В – общее количество стеклоотходов, используемых в производстве сухих строительных смесей, т/год;  γ – насыпная плотность в отвалах, т; h1 – глубина залегания стеклобоя в отвалах, м; к – коэффициент зависящий от количества используемых отходов.

Отсюда:

  Sосв = (13,3/2,0)/0,013.1 = 5,1 га, т.е. на 3…5 %

Таким образом, предполагаемая прибыль предприятия производства сухих строительных смесей из отходов  стекольного боя и опилок составит по предварительным подсчетам 6155305 тенге и снизит отчуждаемые земельные  площади на 3…5 %.

 

Заключение

 

В диссертации изложены  новые научно обоснованные  результаты экологической оценки влияния стекольного боя на окружающую среду, в особенности на литосферу, и технологические решения  по его  использованию в качестве заполнителя (наполнителя)  современных сухих строительных смесей, которые способствуют решению важной научной задачи  улучшения экологической ситуации и насыщения строительного рынка эффективными строительными материалами.

Основные научные результаты, практические выводы и рекомендации, полученные лично автором при выполнении диссертационной работы, заключаются в следующем:

1. Стекольный бой в составе твердых бытовых  и строительных  отходов является одним из главных техногенных материалов, накапливающихся в большом количестве. Установлено, что в Казахстане накапливается более  150 тыс.т/год, в Алматы – 20 тыс.т/год. Показано, что в настоящее время в республике в отвалохранилищах накоплено 16 млн.т стекольного боя.

2. Выявлено, что в процессе сбора, траспортировки, прессования, перекатывания и других технологических процессов стекольный бой измельчается и взаимодействуют с составляющими твердых бытовых и строительных отходов с образованием различных кремнеорганических, кислотных и щелочных соединений. Кроме того, отмечено присутствие ионов тяжелых металлов, представляющих повышенную опасность для окружающей среды.

Установлено, что эколого-экономический ущерб, наносимый стекольным боем окружающей среде достигает 4161272,5  тг/год.

3. Стекольный бой является также ценным сырьем для производства различных силикатных и строительных материалов. Выявлено, что одним из главных направлений утилизации стекольного боя является получение из него заполнителя (наполнителя) для современных сухих строительных смесей.

Предложена технологическая линия по производству заполнителя (наполнителя) из стекольного боя.

С использованием измельченного стекольного боя получены эффективные  теплоизоляционные, штукатурные и клеевые сухие смеси, отвечающие требованиям нормативно-технических документов.

Установлено, что марка затвердевших стандартных штукатурных смесей достигает М100-М200, теплоизоляционных – М100 и клеевых М150-М250.

Разработана и апробирована  технология производства сухих строительных смесей с применением стекольного боя, отличающаяся простотой и повышенной  технологической эффективностью.

4. Идентификация продуктов гидратации и твердения строительных смесей показала, что: на поверхности частиц  стекольного боя интенсивно протекают процессы  гидратации с образованием щелочегидросиликатов кальция, ионы тилозы  и  мовилита  могут  входить в структуру  гидратных  фаз,  что способствует  

повышению плотности и прочности твердеющих систем; субмикро-кристаллические гидратные фазы гидросиликатов и гидроалюминатов кальция представлены в системе в мелком виде.

5. Установлено, что предполагаемая прибыль предприятия при использовании отходов стекольного боя в производстве 20 тыс т сухих строительных  смесей  в год составляет 6155305 тг/год.

Оценка полноты поставленных задач.    В работе полностью решены:  анализ экологичского состояния окружающей среды, связанного со стекольным боем; проблемы антропогенного влияния стекольного боя, наносящего эколого-экономический ущерб литосфере;  получение из стекольного боя эффективного заполнителя (наполнителя)  для производства сухих строительных смесей.

Разработка рекомендаций исходных данных по конкретному использованию результатов.  Полученные результаты могут быть использованы  для определения эколого-экономической эффективности применения стекольного боя в качестве заполнителя (наполнителя) для производства сухих строительных смесей.

Оценка технико-экономической  эффективности внедрения. При производстве и применении сухих строительных смесей на основе измельченного стекольного боя ожидаемая экономическая эффективность составляет 28380901,25 тг/год.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области.  Научная новизна разработанной технологии производства сухих строительных смесей с применением  стекольного боя  защищена четырьмя патентами и предпатентами, что показывает достаточно высокий научный уровень работы. Анологичные работы по использованию стекольного боя  для производства сухих строительных смесей  отсутствуют. Предлагаемая работа по научно-практической  значимости соответствует современному  научно-техническому и экологическому уровню.

 

Список опубликованных работ по теме диссертации

 

         1   Шаяхметов Г.З., Естемесов З.А., Садыков П.И., Еркебаева Б.У., Естемесова А.С. Особенности производства технологии производства сухих строительных смесей на стекольном бое // Региональный вестник Востока. Усть-Каменогорск. - 2004. – № 2. – С. 1-6.

2  Шаяхметов Г.З., Естемесова А.С., Еркебаева Б.У. Особенности измельчения стекольного боя для получения на его основе сухих строительных смесей // Комплексное использование минерального сырья. Алматы. - 2004. - № 3. – С. 87-89.

3  Н.А. Васильченко., А.С. Естемесова., Е.А. Копылова. Применение метода термического анализа для диагностики породы древесины // Промышленность Казахстана. Алматы. - 2004. - № 4 (25). – С. 92-93.

 

4 Шаяхметов Г.З.,  Еркебаева Б.У.,  Естемесова А.С. Водоудерживающая способность сухих клеевых смесей в зависимости от различных технологических факторов // Сборник научных трудов по материалам конференции, Выпуск № 5. – Алматы, «ЦеЛСИМ»,  2003. – С. 55-59.

5   Шаяхметов Г.З.,  Еркебаева Б.У.,  Естемесова А.С. Модифицирование сухих строительных смесей редисперсионным порошком «Мовилит» // Вестник КазГАСА,, 2005. - №1(15). – С.97-101.

6     Шаяхметов Г.З.,  Еркебаева Б.У.,  Естемесова А.С. Влияние зернового состава и вида наполнителя на свойства кладочных растворов // Вестник КазГАСА. Алматы. -2005. - № 2-3 (16-17). – С. 120-123.

7  Шаяхметов Г.З.,  Сарсенбаев Б.К.,  Естемесова А.С. Свойства сухих строительных смесей на основе стекольного боя // Комплексное использование минерального сырья. Алматы. - 2005. – №2. – С.100-104.

8  Шаяхметов Г.З.,  Еркебаева Б.У.,  Естемесова А.С. Влияние полимерной добавки на специфические свойства клеевых смесей // Промышленность Казахстана. Алматы. - 2005. - №5 (32). – С.86-87.

9  Шаяхметов Г.З.,  Естемесова А.С. Влияние вида наполнителя и модифицирующей добавки на водоудерживающую способность строительных растворов // Промышленность Казахстана. Алматы. - 2005. - № 4 (31). – С.38-39.

10  Шаяхметов Г.З.,  Естемесова А.С. Утилизация отходов строительного комплекса // Труды седьмой международной научно-рпатической конференции «Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности» Том II. Алматы, КазНТУ,  2005. – С. 324-327.

11  Естемесова А.С., Шаяхметов Г.З., Нурпеисова М.Б. Сухие строительные теплоизоляционные и отделочные смеси // Современные строительные материалы, технологии и методы проектирования. Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 25-летию КазГАСА. Алматы. -31 октября 2005. – С. 14 -17.

12  Шаяхметов Г.З.,  Естемесова А.С. Негативное влияние строительных отходов на окружающую среду // Региональный вестник Востока. Усть-Каменогорск. - 2005. – № 4. – С. 57-59.

13  Естемесова А.С., Шаяхметов Г.З. Пути утилизации отходов строительного комплекса – стекольного боя // Региональные проблемы безопасности жизнедеятельности. Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 25-летию КазГАСА. Алматы. – 5-6 мая 2005. – С. 178-181.

14  Шаяхметов Г.З.,  Естемесова А.С. Строительные материалы – охрана окружающей среды // Материалы международной научно-практической конференции «Научно-теоретические и практические аспекты охраны окружающей среды: проблемы, стратегия и перспективы использования природных ресурсов». Тараз. – 21-22 октября 2005. – С. 245-246.

15 Шаяхметов Г.З.,  Естемесова А.С. Негативное влияние строительных отходов   на   окружающую  среду   //   Сборник  докладов    региональной   научно-

практической конференции «10-летие конституции: перспективы социально-политического и промышленного развития независимого Казахстана». Рудный. 2005. – С.428-429.

16 Пред. патент 15955 Республики Казахстан. Сухая штукатурная смесь /  Естемесова А.С., Шаяхметов Г.З., Естемесов З.А.; опубл. 05.05.2005

17 Пред. патент 16647 Республики Казахстан. Сухая строительная смесь / Естемесова А.С., Шаяхметов Г.З., Естемесов М.З.; опубл. 27.09.2005

18 Пред. патент 16649 Республики Казахстан. Сухая штукатурная смесь (теплоизоляционная) / Естемесова А.С., Естемесов М.З.; опубл. 27.09.2005

19 Пред. патент 16646 Республики Казахстан. Сухая клеевая смесь / Естемесова А.С., Естемесов М.З.,  Султанбеков Т.К.; опубл. 27.09.2005

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТҮЙІН

 

Естемесова Ақсая Сансызбайқызы

 

«Шыны сынығының ұнтағымен құрғақ құрылыс қоспасының экотехнологиялық өндірісін жасау»

 

25.00.36 – Геоэкология

05.17.11 – Силикат және балқуы қиын металл емес материалдар

технологиясы

 

Зерттеу нысаны. Құрылыс және қатты тұрмыс қалдықтарының құрамындағы шыны сынықтары.

Жұмыстың мақсаты. Шыны сынығының ұнтағынан қазіргі уақытқа сай құрғақ құрылыс қоспасын өндірудің, экологиялық қауіпсіздікті арттыратын халықаралық стандарт талаптарына сай тиімді экотехнологиясын зерттеу.

Зерттеу әдістері.

- қазіргі заманғы шыны сынықтарының қоршаған ортаға әсерін және оларды пайдаға асыру жолдарын анализдеу;

- шыны сынықтарының бастапқы күйінің өзгеруіне технологиялық факторлар әсерінің математикалық тәуелділігін енгізу;

- шыны сынықтарының қоршаған ортаға тигізетін экологиялық-экономикалық шығынын анықтау;

- құрғақ құрылыс қоспасын өндіруде шыны сынығының ұнтағын толтырынды (толтырғыш) ретінде қолданудың экологиялық-экономикалық тиімділігін анықтау.

Эксперименттік - петрография, дифференциалды-термиялық, ретгенофазалық, ИК-спектроскопия және физика-механикалық анализдеу әдістерімен шыны сынығы ұнтағы негізіндегі құрғақ құрылыс қоспаларының гидратациялық қатаю процестерін физика-механикалық және физика-химиялық зерттеулер ұсынылады.

Жұмыстың нәтижесі:

Шыны сынығы қатты тұрмыстық және құрылыс қалдыктарының құрамында үлкен мөлшерде жиналатын басты техногенді материалдардың бірі болып табылады. Қазақстанда жылына 150 мың тонна, ал Алматы бойынша 20 мың тонна жиналатыны  анықталған. Қазіргі уақытта республикада қоқыс үйінділерінде 16 млн.т шыны сынығы жинақталған.

Жинау, тасымалдау, престеу, орын ауыстыру және тағы басқа технологиялық процестерде шыны сынығы ұсақталады, олар әр түрлі кремнеорганикалық, қышқылды, сілтілі қоспалардың әсерінен қатты тұрмыстық және құрылыс қалдық құрамындағы заттармен физика-химиялық реакцияға түседі.

Жалпы қоршаған ортаға шыны сынықтарымен тигізетін экологиялық-экономикалық шығыны жылына 4161272,5 теңгені құрайды.

 

 

Сонымен қатар шыны сынықтары әр түрлі силикат және құрылыс материалдарын өндіру үшін бағалы шикізат болып табылады. Шыны сынықтарын пайдаға асыру негізгі бағыттарының бірі, қазіргі кездегі құрғақ құрылыс қоспалары үшін олардан толтырынды (толтырғыш) алу болып табылатыны айқындалған.

Шыны сынықтарынан толтырынды (толтырғыш) өндіруге арналған технологиялық құрылым  ұсынылған.

Нормативті қужаттардың талабына сай ұсақталған шыны сынықтарынан тиімді  сылақтағыш,  жылуоқшаулағыш  және  кілегейлі құрғақ қоспалары алынған.

Қатайған стандартты сылақты қоспаның маркасы М100-М250, жылуоқшаулағыш – М100 және кілегейлі – М150–М250 жететіні анықталған.

Қарапайымдылығы мен жоғары технологиялық тиімділігімен ерекшеленетін шыны ұнтағының қолданылуымен құрғақ құрылыс қоспасы өндірісінің технологиялық үлгісі ұсынылған.

Құрғақ құрылыс қоспасының гидратация және қатаю өнімдерін идентификациялау шыны ұнтақ бөлшектерінің беткі қабатында кальций, сілтілі гидросиликаттың пайда болуымен гидратация процестері жүреді. Қатаятын жүйенің тығыздылығы мен төзімділігінің артуына қолайлы тилоза және мовилит иондары гидратты фазалардың структурасына кіруі мүмкіншілігін туғызады, жүйеде ұсақ түрде кальций гидросиликат және гидроалюминаттардың субмикрокристалды гидратты фазалары пайда болады.

Құрғақ құрылыс қоспасын өндіруде шыны сынығы қалдықтарының 20 мың т. пайдаға асырғанда шамамен кіріс жылына 6155305 теңгеге жетеді.

Негізгі құрылымының технологияда және өндірісте пайдалануының сипаттамалары. Шыны сынығының ұнтағы құрылыс материалдары өндірісінде екінші дәрежелі шикізат ретінде қолданылатыны көрсетілген. «ЦентрСерВТех» ЖШС шыны сынығының ұнтағы және оларды пайдалануымен құрғақ құрылыс қоспасының тәжірибе-өндірістік партиялары шығарылған, олар нормативті құжаттар талаптарына сәйкес келеді.

Қолдану саласы. Жұмыс қорытындылары құрылыс және қатты тұрмыстық қалдықтарындағы шыны сынықтарының қоршаған ортаға, соның ішінде литосфераға тигізетін экологиялық-экономикалық шығынын бағалау және шыны сынықтарының ұнтағы толтырынды (толтырғыш) ретінде құрғақ құрылыс қоспасы, ауыр және жеңіл бетон, жол құрылысында, кеуекті толтырынды, керамикалық өндірісінде қолдануға ұсынылады.

Жұмыстың экономикалық тиімділігі. Шыны сынығы ұнтақтарының негізінде құрғақ құрылыс қоспасын өндіру және қолданудың  экономикалық тиімділігі жылына 28380901,25 теңге.

Осы саладағы жоғары жетістіктермен салыстырғандағы жүргізілген жұмыстың ғылыми деңгейі. Ұсынылған құрғақ құрылыс қоспасын өндіру технологиясында шыны сынығын пайдаланудың ғылыми жаңалығы, жұмыстың жеткілікті жоғарғы денгейін көрсететін төрт патент және алдын ала патенттермен қорғалған. Ұсынылған жұмыс ғылыми-практикалық маңыздылығы бойынша қазіргі заманғы ғылыми-техникалық және экологиялық-экономикалық денгейге сәйкес.

SUMMARY

 

Yestemesova Aksaya Sansysbaevna

 

Ecotechnological production of dry building mixtures with a glass combate

 

25.00.36 – Geoecology

05.17.11 – Technology of silicate and refractory nonmetal materials

 

Object of research is the glass combat.

The purpose of activity is encompass byed to mining effective ecotechnology, obtaining of filler (filling material) from a glass combat and effecting of modern dry building mixtures which are meeting the demand the international standard, that allows to increase ecological safety of a urban landscape.

Methods of researches:

Idealized - analysis of state of the art of influencing of a glass combat on environment and ways of its salvaging; the mathematical relation of influencing of technology factors on change of an original state of a glass combat is established; installation of ecology-economical damage plotted a glass combat to environment; definition of a ecology-economic efficiency of application glasscombat as filler (filling material) at obtaining dry building mixtures (DBM).

Experimental - physical-mechanical and physico-chemical researches of processes of hydration concreting DBM on the basis of a glass combat with usage of methods of petrography, differential - thermal and roentgen and IR-spectroscopy, physical-mechanical analyses.

Results. The glass combat in a structure of firm household and building waste is one of main technogenic stuffs collecting in quantities. Is established, that now in republic in wastesstore is accumulated 16 men.t of a glass combat.

Is established, that during the collecting, transportation, pressing, rolling and other master schedules the glass combat will be minced and interact with amounting of firm household and building waste with formation different silicate-organic, lead-acid and alkaline connections. Besides the presence of ions of heavy metals presenting heightened danger to environment is marked.

The regularity and mathematical relation of a degree of size reduction of a glass combat to external physical-mechanical effects is obtained.

Is established, that the ecology-economical damage plotted by a glass combat to environment reaches 4161272,5 tg/years.

On the other hand glass combat is valuable raw for effecting different silicate and building stuffs. Is detected, that one of mainstreams of salvaging of a glass combat is the obtaining from it of filler (filling material) for modern dry building mixtures.

The contribution link on effecting filler (filling material) from a glass combat is offered.

 

With usage of the granulated glass combat are obtained effective standard both heat-insulating plaster and glue dry mixtures which are meeting the demand the international standard.

Is established, that mark of the hardened standard plaster mixtures reaches М100-М200, heat-insulating - М100 and glue М150-М250.

The identification of products of a hydration and concreting DBM has shown, that: on a surface of fragments of a glass combat processes of a hydration with formation alkaline gydrosillicates of calcium intensively flow past, the ions tilos and movilit can go into frame of hydrated phases, that favours to increase of density and strength of hardening systems; the submicrocrystalline hydrated phases of hydrosilicates and hydroaluminates of calcium arise in a system in a small-sized kind.

Is established, that the suspected profit of firm at a recuperation of waste of a glass combat in effecting dry building mixtures at power of the contribution link 20 thousand t/years reaches 6155305 tg/years.

Main constructive, technical-explotation characteristics.

Glass combat was used by effecting building stuffs as secondary raw. In GLR «CenterSerVTech» the trial crew of the granulated glass combat and dry building mixtures on their basis is exhausted, their conforms the requirements of the normative documents.

Field of application. The results of work can be utilised in installation of an ecological estimation of contamination and ecology-economical damage plotted by a glass combat to environment, in particular to rock sphere and technological efficiency of entrainment of a glass combat for obtaining dry building mixtures, high-gravity and mild concrete, in road building, in effecting porous filler and ceramic industry.

Economical effectiveness. By effecting and application of dry building mixtures on the basis of the granulated glass combat the anticipated economic efficiency makes 28380901,25 tg/years.

 Estimation of a scientific level of executed activity in matching with the best achievements in the given area.  The scientific novelty developed technology production dry building mixtures with glass combat developed tour patents and preliminarid patents

The tendered work on the scientific-practical significance corresponds to modern scientific-technical and ecology-economic level.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать 28.09.2007 г.

Формат издания 60х84 1/16 объем 27 стр.

Тираж 100 экз.

Отпечатано в ТОО «ЦеЛСИМ»

Тел.: 8 (727) 253-02-10

Вы 20326825-й посетитель.
Powered by Drupal
Copyright © KazNRTU, 2007-2016