Получение отделочных материалов на основе отходов

Получение отделочных материалов на основе отходов строительной
промышленности
Пушик В.И., pushikv@mail.ru
Научный руководитель – Горяева Г.Н
Ухтинский государственный технический университет, г. Ухта
Широкая
утилизация
отходов
промышленности
в
производстве
строительных материалов требует решения ряда организационных и научнотехнических проблем. Необходима региональная каталогизация отходов, т.е
упорядоченность, с указанием их полной характеристики. Требуется развитие
стандартизации отходов как сырьевых ресурсов в производстве конкретных
строительных материалов. Масштабы утилизации промышленных отходов
расширяются по мере внедрения нового комплекса технических мер по
стабилизации их состава, повышению степени технологической подготовки [1].
Необходимость комплексного использования сырьевых материалов
можно рассматривать в нескольких аспектах. Во-первых, утилизация отходов
позволяет решить задачи охраны окружающей среды, освободить ценные
земельные угодья, занимаемые под отвалы и шламохранилища, устранить
вредные выбросы в окружающую среду. Во - вторых, отходы в значительной
степени покрывают потребность ряда перерабатывающих отраслей в сырье. Втретьих, при комплексном использовании сырья снижаются удельные
капитальные затраты на единицу продукции и уменьшается срок их
окупаемости.
Промышленность строительных материалов является наиболее емкой
отраслью из отраслей-потребителей промышленных отходов. Это объясняется
крупными масштабами производства строительных материалов. Кроме того,
многие отходы по своему составу и свойствам близки к природному сырью,
используемому
различными
отраслями
промышленности
строительных
материалов, однако значительно дешевле, чем добыча природного.
Установлено, что использование промышленных отходов позволяет
покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах. Применение
промышленных отходов позволяет на 10-30% снизить затраты на изготовление
строительных материалов по сравнению с производством их из природного
сырья, экономия капитальных вложений достигает 35-50%
В строительной индустрии накоплен значительный положительный опыт
использования вторичных продуктов на производстве вяжущих материалов,
плотных и пористых заполнителей для бетонов разных видов, в производстве
керамических, автоклавных, теплоизоляционных и других строительных
материалов и изделий [2].
Облицовочные материалы получили распространение в нашей стране лишь
более 20 лет назад, импортировались из западных стран. Производство же
большинства современных облицовочных материалов еще не достаточно
развито и базируется, в основном, на зарубежных технологиях и импортном
оборудовании. Поэтому стоимость материалов слишком удорожается.
На сегодняшний день уже существуют научные разработки со вторичным
использованием
строительных
отходов
при
изготовлении
бетонных
и
железобетонных изделий, в основном для получения легкого бетона.
Задачей исследовательской работы является получение отделочного
бетона на основе бесцементного вяжущего и изделий на его основе. В качестве
вяжущего традиционно применяют портландцемент, но данный материал
привозной и, соответственно, является дорогим, к тому же его качество в
последние десятилетия ухудшается.
В связи с этими факторами, взамен традиционного портландцемента
импользовалось смешанное бесцементное вяжущее, которое состоит из
нескольких местных, а значит и сравнительно недорогих компонентов, таких
как: известь, гипс, молотый кирпич и жидкое стекло (табл.1).
Таблица 1. Состав бесцементного вяжущего, % / г., водовяжущее отношение 0,5
Компоненты вяжущего
Уровни
варьирован
Известь, % /
Гипс, % /
Жидкое стекло,
Молотый
ия
г.
г.
%/ г.
кирпич, % / г.
0 (нулевой)
18 / 216
8 / 96
10 / 120
64 / 768
Во многих исследовательских работах [3] доказано, что молотый кирпич,
основную часть которого составляет кремнеземистый компонент, повышает
водостойкость и морозостойкость строительных материалов, поэтому его
можно добавить в качестве одного из компонентов вяжущего при изготовлении
отделочного бетона. Нами было сделано предположение, что в условиях
тепловлажностной
взаимодействия
компонентами
обработки,
прочность
алюминатных
молотого
образцов
составляющих
красного
кирпича.
повысится
с
В
за
счет
кремниземестыми
качестве
связующего
обволакивающего ингредиента в состав вяжущего ввели жидкое стекло,
которое активизирует реакционную способность гипса и негашеной извести.
Сначала было принято решение заформовать балочки из замешенного
многокомпонентного вяжущего. Изделия твердели в разных условиях: КВ-3 и
КВ-4 твердели в естественно-нормальных условиях (ЕНУ), а КВ-1 и КВ-2
находились в пропарочной при температуре 95-100 градосов в течении 6 часов.
Образцы взвешивались до и после сушки для определения плотности и
влажности вяжущего (W=((m1-m2)/m)*100 и ρ=m/V).
Таблица 2. Физические свойства вяжущего
Марки
Vсм3
Me,г.
М,г
После
М,г сух
пропарки
Плотность
Влажность
ρ /кг/м3
W/ %
КВ-1
256
330
410
280
1090
17,9
КВ-2
256
330
400
290
1130
13,8
КВ-3
256
320
-
300
1170
6,7
КВ-4
256
315
-
275
1070
14,5
Средняя плотность образцов получилась 1115 кг/м3, средняя влажность
13,2%, что является неплохими показателями для отделочного бетона.
Затем мы провели испытания на прочность на изгиб на приборе МИИ100, на сжатие на гидравлическом прессе Си-2-500-УХЛ4,2. (табл.3).
Результаты показали, что при испытании на прочность пропаренных и
непропареных образцов. результаты показали, что разницы в прочностных
характеристиках нет. В цело образцы показали не очень хорошие показатели
прочности, что является не главными характеристиками отделочного бетона, но
тем не менее важны.
Введение 6% полуводного гипса должно увеличить прочность вяжущего
при сжатии, но, как показали результаты - прочность не увеличилась.
Учитывая также, что составы этих образцов вяжущего одинаковы можно
предположить, влияние извести гипса и кирпича на прочность известны, а
также известен механизм взаимодействия (твердения) компонентов вяжущего
между собой и они не изменяют показатели по прочности.
Таблица 3. Результаты испытаний бесцементного вяжущего
V,см3
Марки
V,см3
R изг. /
R изг.
R сж.
R сж. /
МПа
/ МПа
/МПа
МПа
l
b
h
КВ-1
16
4
4
256
1,7
КВ-2
16
4
4
256
1,4
КВ-3
16
4
4
256
1,7
1,1
КВ-4
16
4
4
256
1,5
1,6
1,6
1,5
1,6
1,5
Таблица 4. Состав отделочного бетона на бесцементном вяжущем в
соотношении вяжущее/заполнитель: 1/2, в % и г. водовяжущее отношение 0,7
Вяжущее сито 0,315
Гипс
Ж/ст
Заполнитель
Мол/кир
Песок
Бой кирпича
Ф.5-10
Ф.10-20
%
г.
%
г.
%
г.
%
г
%
г
%
г.
6
90
10
150
17
255
20
300
20
300
27
405
33%
67%
Затем был проведен эксперимент по изготовлению бетона на основе
бесцементного вяжущего (состав: гипс, жидкое стекло, молотый кирпич) и
заполнителя - песка и боя кирпича различной фракции от 5 мм до 10 мм и от 10
мм до 20 мм (табл.4)
И паралельно, для сравнения был заформован отделочный бетон в
отношении вяжущего-заполнителя 1:2, на основе цементного вяжущего и
заполнителя - песка и боя кирпича различной фракции от 5мм до 10мм и от
10мм до 20мм .
В результате первого эксперимента приняли состав заполнителя в
отношении песок - 30%, бой кирпича - ф. 5-10-20%; ф.10-20 -17% (табл.5).
Таблица
5.
Состав
отделочного
бетона
на
цементе
в
соотношении
вяжущее/заполнитель: 1/2, в % и г. водовяжущее отношение 0,5
Вяжущее
Заполнитель
Цемент
Песок
Бой кирпича
Ф.5-10
Ф.10-20
%
г
%
г
%
г
%
г
33
495
30
450
20
300
17
255
33%
67%
Таблица 6. Физические свойства отделочного бетона
Марки
Vсм3
М,г сух
Средняя плотность
кг/м3
КГЖС
ЦК
1
343
440
2
343
430
3
343
420
1
343
700
2
343
710
1253
2056
Исходя из полученных результатов видно, что образцы отделочный бетон
на основ цементного вяжущего имеет значительно большую массу и,
соответственно, плотность (табл.6). Проведя испытания, мы убедились, что и
прочностные характеристики образцов, заформованных на безцементном
вяжущем во много раз уступают образцам на цементной основе.(табл. 7)
Так как влияние жидкого стекла на прочность бесцементного известковогипсового вяжущего не изучено и прочность не увеличлась, можно сделать
вывод, что жидкое стекло отрицательно влияет на прочность, во сяком случае
прочность не повысилась. Таким образом в дальнейшем применение жидкого
стекла не требуется.
Таблица
Результаты
7.
испытаний
бетона
на
основе
цементного
и
бесцементного вяжущих
Марки
V,см3
V,см3
R сж.ср. /МПа
l
b
h
КГЖС
7
7
7
343
0,4
ЦК
7
7
7
343
11,9
Так как влияние жидкого стекла на прочность бесцементного известковогипсового вяжущего не изучено и прочность не увеличлась, можно сделать
вывод, что жидкое стекло отрицательно влияет на прочность, во сяком случае
прочность не повысилась. Таким образом в дальнейшем применение жидкого
стекла не требуется.
В ходе проведенного эксперимента было выяснено, что без извести
вяжущее имеет небольшую прочность и ее присутствие как компонента
необходимо.
Жидкое стекло, как выяснилось, напротив не влияет на прочность, а
возможно и негативно отражается, поэтому от него следует отказаться
В дальнейшем требуется провести еще ряд экспериментов, чтобы
выяснить более подробно влияние извести на другие компоненты вяжущего и
определить оптимальный состав бесцементного вяжущего и декоративного
бетона на его основе.