Строительные материалы на основе злошлаковых отходов

Композиции, как правило, получают, смешивая битум с отходами полиолефинов при температурах 80—100 °С и выгружая образующуюся смесь в специальные формы, в которых происходит охлаждение при комнатной температуре. При добавлении отходов полиолефинов наблюдается значительное возрастание прочностных показателей композиций и снижение деформаций. Особенно заметно это влияние при температурах испытаний 20 и 40 °С, соответствующих температурам эксплуатации дорожных покрытий в летнее время. При О °С эффект от использования полиолефиновых отходов становится менее заметным.

Оптимальное количество полиолефиновых отходов для битумно-полимерных покрытий составляет 7—12%. Атактический полипропилен в силу своей хрупкости при О °С и высокой склонности к окислению может быть рекомендован для применения в дорожных покрытиях только в определенных климатических зонах и при соответствующей дополнительной стабилизации.

Отходы полистирольных пластиков, введенные в битумные композиции в небольших количествах, также оказывают положительное влияние на свойства композиций. Если сравнить свойства таких композиций со свойствами стандартных битумно-минеральных смесей, то нетрудно заметить, что добавка полистирольных отходов приводит к существенному увеличению прочностных показателей при температурах испытания 0, 20 и 50 °С, термостабильности и водостойкости.

Из вторичного полиэтиленового и полистирольного сырья в смеси с песком можно получать пресс-композиции с заданными свойствами. Высокие прочностные показатели таких материалов в сочетании с хорошей водостойкостью позволяют, например, в Японии использовать плиты из них для выстилки морского дна с целью создания станций по разведению рыбы.

Один из методов получения строительных плит состоит в прессовании смеси пластмассовых отходов и песка, взятых в соотноше «ш 1:1. Песок просеивают, нагревают до 500 °С, добавляют к смеси отходы полиэтилена и полистирола, смешивают при 150 °С в течение 25 мин, затем полученную массу прессуют.

Такие материалы обладают высокими прочностными показателями в сочетании с хорошей водостойкостью.

По аналогичной технологии получают материалы из пластмассовых отходов в смеси с мелом, стекловолокном, асбестом и другими минеральными наполнителями. Все компоненты в течение 2 ч подсушивают при 120 °С, затем их пластифицируют в смесителе при 250— 300 °С в течение 15 мин, выгружают при 180 °С в форму и прессуют. Полученные композиции обладают хорошими прочностными показателями и высокой стойкостью к истиранию, что позволяет использовать их при изготовлении плит для полов. Для улучшения внешнего вида изделий при смешивании добавляют такие пигменты, как оксиды железа и хрома, желтый крон, диоксид титана.

Наряду с прессованием строительные материалы получают расплавлением термопластичных полимеров с последующим смешиванием их с цементом, разливкой в формы и охлаждением. Эти изделия обладают высокой прочностью и стойкостью против горения.

Высокая водостойкость большинства полимерных отходов, в первую очередь полиолефиновых, позволяет широко использовать их в различных материалах, применяемых для герметизации швов между панелями зданий, а также для покрытия частей сооружений, работающих под водой или в условиях повышенной влажности.

Композицию с использованием побочного продукта синтеза полипропилена — атактического полипропилена — в количестве 60—95% совместно с 40—50% термической сажи применяют при получении герметизирующих лент путем экструзии. Хорошая водостойкость атактического полипропилена позволяет также использовать его в композициях, на основе которых получают кровельный рубероид.

На предприятиях по изготовлению пенополистирольных изделий образуются отходы, в основном, представляющие обрезки, не возвращаемые повторно в основной технологический процесс. Обрезки пенопласта пропускают через молотковую дробилку и получают заполнитель фракций 0—5 и 5—10 мм. На таком заполнителе изготавливают конструкционно-теплоизоляционные полистиролбетоны плотностью 600—800 кг/м3, прочностью 2,5—5 МПа и теплоизоляционные бетоны плотностью 350—500 кг/м3 и прочностью 0,9—1,5 МПа. Для получения теплоизоляционного полистиролбетона в бетонную смесь следует вводить до 0,2% от массы цемента воздухововлекающей добавки.

Из теплоизоляционного бетона на дробленом пенопласте изготавливают плиты утеплителя. Его также можно использовать в качестве монолитной теплоизоляции в покрытии, для среднего слоя трехслойных стеновых панелей, полов, а также для замоноличивания стыков между конструкциями.

Полистиролбетон средней плотностью до 700 кг/м3 относится к трудносгораемым материалам, а более тяжелый к несгораемым.

Разработаны методы получения строительных изделий, в которых отходы полимеров вводят на стадии полимеризации другого мономера. Так, отходы ударопрочного полистирола растворяют в соотношении 1:1,5 и разливают в формы. Полимеризация осуществляется при 20 °С в присутствии добавки перекиси бензоила. Получаемый материал имеет предел прочности при растяжении 31—36 МПа, ударную вязкость 21—27 кДж/м2, теплостойкость по Мартенсу 42 °С и водопог-лощение за 24 ч — 0,07%.

Все шире внедряются композиции на основе двух групп отходов: по-листирольных пластиков и отходов деревообрабатывающей промышленности. Такие композиции, содержащие до 40% полистирольных отходов, по физико-механическим показателям превосходят традиционные материалы, в которых связующим являются синтетические смолы.

Одно из направлений использования полимерных отходов заключается в применении их в пластмассовых композициях в качестве модифицирующих добавок. Так, отходы полиэтилена могут быть использованы в композициях с полистирольными пластиками, при этом возрастают такие показатели последних, как ударная вязкость и относительное удлинение при разрыве. Введение полиэтиленовых отходов значительно улучшает литьевые свойства материала при одно временном снижении теплостойкости композиции и прочности.

Вторичное поливинилхлоридное (ПВХ) сырье в строительстве находит применение, главным образом, при получении линолеумнои плитки.

Значительное число отходов применяется при получении всп^нзн-ных изделий обычными методами: в автоклаве, экструзией или льть-ем под давлением. Известен способ использования отходов пластмасс без их разделения и очистки для получения пористых керамических кирпичей. Он основан на высокой теплотворной способности пластмасс и их способности разлагаться при температурах 500 °С и выше.

В отличие от отходов термопластов отходы реактопластов не плавятся, не растворяются, содержат большое количество наполнителей.

В измельченном виде они могут служить добавками в стандартные пресс-композиции и вводиться в заливочные смеси, где в качестве связующего используются синтетические полимеры, битум, цемент и т. д.

Органоминеральные порошки, полученные измельчением отходов производства стеклопластиков, имеют на поверхности реакционно-способные функциональные группы, что позволяет использовать их в качестве химически активных наполнителей различных полимерных материалов.

Для лакокрасочных покрытий и пресс-композиций требуются высокодисперсные порошки (от 5 до 100 мкм), для дорожных покрытий или вспененных материалов размер частиц измельченного стеклопластика может достигать 1000 мкм, в последнем случае наполнитель оказывает армирующее действие.

Отходы стеклопластиков могут использоваться при изготовлении полимерных бетонов. По сравнению с полимербетонами на минеральных наполнителях полимербетон на основе отходов стеклопластиков имеет повышенную деформативность при отрицательных температурах и сокращенное время твердения.

С использованием отходов стекловолокна изготавливаются хол-стопрошивные полотна, предназначенные для изоляции трубопроводов, тепловых и холодильных агрегатов. Упрочнение холсто-прошив-ного материала производится стеклянной или капроновой прошивной нитью. Достигаемое при этом усилие на разрыв полосы армированного материала равно 20 Н. В качестве полимерных связующих используются смолы фенольного типа.

На основе холсто-прошивного полотна изготавливаются листовые стеклопластики путем его пропитки и сушки в шахте вертикальной пропиточной машины. Пропитанное и высушенное полотно нарезают и пакетируют специальными механизмами, работающими совместно с вертикальной пропиточной установкой. Подготовленные пакеты прессуют при давлении 1,4 МПа и обрезают на гильотинных ножницах.

Получаемый листовой стеклопластик имеет более высокие показатели физико-механических свойств по сравнению с обычным стеклопластиком на основе стеклохолста.

Выводы

Выбор направления использования отходов как техногенного сырья преследует цель достижения максимальной экономии ресурсов и энергосберегающего эффекта с улучшением при этом экологической обстановки. При принятии решения о возможности применения тех или иных техногенных продуктов необходимо использовать систему критериев, разработанных с учетом возможной области их применения.

При экологической оценке учитываются данные о концентрации тяжелых металлов, токсичных веществ и значений активности естественных радионуклидоз. При невысоком содержании тяжелых металлов допускается использование отходов в обжиговых технологиях при условии образования в массе достаточного для консервации расплава. Экологически опасные отходы без предварительной очистки не могут быть использованы и направляются на захоронение.

В данной главе перечислены наиболее распространенные строительные материалы на основе отходов производства и потребления. Одним из главных факторов производства строительных материалов является ресурсная база. Золошлаковые отходы являются наиболее перспективными компонентами при создании изделий для строительной индустрии. Для снижения техногенной нагрузки на окружающею среду, сотрудниками и студентами Иркутского государственного технического университета инициированы научные исследования по созданию строительных изделий на основе золы уноса и отходов полимеров

 

Литература

2.         Бабанев Г. Золы и шлаки в производстве строительных материалов. — Киев: Бущвельник, 1987. — 136 с.

3.         Баженов Ю.М., Дворкин Л. И. Ресурсосбережение в строительстве за счет применения побочных промышленных продуктов. — М.: ЦМИПКС, 1986. - 66 с.

4.         Безотходная технология в промышленности / Б.Н. Ласкорин, Б.В. Громов, А.П. Цыганков, В.Н. Сенин. — М.: Стройиздат, 1986. - 160 с.

5.         Бобович Б.Б., Девяткин В.В. Переработка отходов производства и потребления. — «Интермет инжиниринг», 2000. — 496 с.

6.         Боженов П.И. Технология автоклавных материалов. — Л.: Стройиздат, 1978. — 368 с.

7.         Болдырев А.С., Люсов А.Н., Алехин Ю.А. Использование отходов в промышленности строительных материалов. — М.: Знание, 1984. - 64 с.

8.         Большаков В.И., Дворкин Л.И. Строительное материаловедение. — Днепропетровск: РВА «Дншро-VAL», 2004. — 677 с.

9.         Быстрое ГЛ., Гальперин В.М., Титов Б.П. Обезвреживание и утилизация отходов в производстве пластмасс. — Л.: Химия, 1982. — 264 с.

10.       Волженский А.В. Иванов ИЛ., Виноградов Б.Н. Применение зол и шлаков в производстве строительных материалов. — М.: Стройиздат, 1984. — 216 с.

11.       ГиндисЯ.П. Технология переработки шлаков. — М.: Стройиздат, 1991.-280 с.

12.       Гладких К.В. Изделия из ячеистых бетонов на основе шлаков и зол. — М.: Стройиздат, 1976. — 256 с.

13.       Гордон Л.М. Металлургия без отходов. — М.: Московский рабочий, 1986. - 141 с.

14.       Гринин А.С, Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы. Хранение, утилизация, переработка. — М.: Фаир-Пресс, 2002. — 336 с.

15.       Дворкин Л. И. f Пашков И.А. Строительные материалы из отходов промышленности. — Киев: Вища шк., 1989. — 208 с.

16.       Дворкин Л.И., Пашков И.А. Строительные материалы из промышленных отходов. — Киев: Вища шк., 1980. — 142 с.

17.       Иванов И.А. Легкие бетоны с применением зол электростанций. — М.: Стройиздат, 1986. — 136 с.

18.       Комплексная переработка и использование металлургических шлаков / B.C. Горшков, СЕ. Александров, СИ. Иващенко, И.В. Горшкова. — М.: Стройиздат, 1985. — 322 с.

19.       Комплексное использование сырья и отходов / Б.М. Равич, В.П. Окладников, В.Н. Лыгоч и др. — М.: Химия, 1988. — 288 с.

20.       Коротаев Э.М., Клименко М.И. Производство строительных материалов из древесных отходов. — М.: Лесн. пром-сть, 1977. — 168 с.

21.       Куделя АД. Комплексное использование минеральных ресурсов железорудных горно-обогатительных комбинатов УССР. — Киев: Наукова думка, 1984. — 495 с.

22.       Ласкорын Б.Н., Барский Л.А., Персиц В.З. Безотходная технология переработки минерального сырья. — М.: Недра, 1984. — 334 с.

23.       Мелешкин Н.Г., Степанов В.Н. Промышленные отходы и окружающая среда. — Киев: Наукова думка, 1980. — 179 с.

24.       Мещеряков Ю.Г. Гипсовые попутные промышленные продукты и их применение в производстве строительных материалов. — Л.: Стройиздат, 1982. — 134 с.

25.       Наназашвили ИХ. Строительные материалы из древесно-цемент-ной композиции. — Л.: Стройиздат, 1990. — 415 с.

26.       Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов в технологии неорганических веществ. — М.: Химия, 1984. — 240 с.

27.       Отходы химической промышленности в производстве строительных материалов/Л.И. Дворкин, В.Л. Шестаков, И.А. Пашков, А.П. Дымчук. — Киев: Буд1вельник, 1986. — 128 с.

28.       Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отходов. — М.: Стройиздат, 1990. — 348 с.

29.       Паримбетов Б.П. Строительные материалы из минеральных отходов промышленности. — М.: Стройиздат, 1978. — 200 с.