Оборудование для производства пенобетона > Статьи > Оптимизация технологического регламента изготовления пенобетонов > Расширение области применения минеральных шламов в производстве строительных материалов

Расширение области применения минеральных шламов в производстве строительных материалов

Посмотреть все статьи

Расширение области применения минеральных шламов в производстве строительных материалов

Важнейшей задачей промышленности строительных материалов является разработка и внедрение эффективных, ресурсосберегающих технологий производства, экологически чистых материалов, изготавливаемых по малозатратным безотходным технологиям с максимальным использованием местного сырья и техногенных отходов промышленности.

Одним из направлений решения этой задачи являются расширение производства и применение в строительстве эффективных материалов и изделий на основе вторичных минеральных ресурсов. Это обусловлено широким распространением известковых, гипсосодержащих и карбонатных отходов и шламов, простотой их переработки, высокой эффективностью и технологичностью.

Однако широкое применение техногенных отходов сдерживается определённой нестабильностью и неоднородностью многих побочных продуктов промышленности, что, в свою очередь, может привести к снижению качества строительной продукции. На изменчивость свойств отходов промышленности оказывают влияние не только условия их образования, но также химико-минералогический состав, условия и длительность хранения в отвалах и шламонакопителях. Известно, например, что некоторые минеральные шламы способны к частичному самоотверждению вследствие протекания кристаллизационных процессов. Это приводит к изменению химической активности и дисперсности, ухудшающих потребительские свойства шламов.

Приоритет в использовании техногенных отходов в строительстве должен отдаваться таким материалам, которые обладают стабильным химическим составом и физическими свойствами, определяющими основные направления их применения. К этой группе могут быть отнесены крупнотоннажные, минеральные, гипсосодержащие шламы стекольного производства и карбонатные шламы химической подготовки воды предприятий энергетики. Условия нейтрализации кислых стоков на первых и строгое выдерживание технологических регламентов операций осветления воды и коагуляции осадка на вторых позволяет получать минеральные шламы с низкими показателями изменчивости химического состава и дисперсности. Основными компонентами гипсосодержащих шламов стекольной промышленности являются двуводный гипс, фторид кальция и некоторые растворимые соли натрия и калия. Состав карбонатных шламов предприятий энергетики представлен, главным образом, карбонатом кальция и окислами железа.

Одним из перспективных направлений использования тонкодисперсных шламов является применение их в качестве активаторов твердения и наполнителей в производстве цементных и композиционных строительных растворов.

Исследования механизмов действия гипсосодержащих и карбонатных шламов на процессы гидратации и твердения цементных композиций позволили разработать технологические регламенты применения шламов с целью получения технологичных и высококачественных строительных растворов. Более того, анализ механизмов действия шламов на различных уровнях формирования структуры цементных композиций и оптимизация составов позволяют в определённом смысле управлять процессами структурообразования и твердения цементных материалов с целью получения материалов с заданными физическими свойствами.

За последние 15 лет гипсосодержащий шлам стекольного производства широко применяется в строительных организациях г. Пензы и области. Только в период с 1996 по 2006 гг. на предприятии ОАО “Жилстрой” было использовано более 10 тыс. тонн гипсосодержащего шлама в производстве строительных и штукатурных растворов. Внедрение передовой технологии позволило отказаться от использования дорогостоящей извести, подготовка которой требовала больших экономических затрат и строгого соблюдения санитарно-гигиенических условий труда.

В результате применения шламов строительные предприятия не только получают высокие экономические эффекты за счёт низкой стоимости шлама, экономии цемента и повышения качества строительных растворов, но и способствуют значительному улучшению экологической обстановки вблизи предприятий стекольной промышленности и энергетических комплексов.

В настоящее время в строительных организациях г. Пензы интенсивно внедряется ресурсосберегающая технология применения карбонатного шлама в производстве штукатурных и кладочных растворов.

Количество ежегодно образующегося карбонатного шлама на теплогенерирующих предприятиях г. Пензы является достаточным для обеспечения практически всех строительных организаций, производящих цементные и композиционные растворы.

Исследования механизмов действия тонкодисперсных карбонатных наполнителей с применением методов тонкого химического и структурного анализов выявили основные аспекты карбонатной активации цементных систем. Это позволило определять оптимальные дозировки шлама с целью улучшения технологических свойств смесей и получения требуемой прочности строительных растворов при минимальном расходе вяжущего.

Опыты, проведённые на нескольких основных видах используемых в строительном производстве цементов, показали, что оптимальным количеством шлама является 10–15 % от массы вяжущего. В этом случае достигается повышение прочности цементных растворов на 20–25 %, что позволяет снижать расход вяжущего на 15–20 %.

Получены новые данные о влиянии карбонатных шламов на фазовый состав продуктов гидратации цементного камня. Установлено, что одним из основных механизмов действия является активация образования гидросиликатов кальция с различной структурой и степенью конденсации кремнекислородных мотивов, уплотняющих систему и способствующих повышению прочности. Получены экспериментальные данные о влиянии на прочность цементных композиций комплексных минеральных добавок на основе карбонатного шлама и кремнезёмсодержащих местных сырьевых материалов (опока, трепел и др.). Это позволит значительно расширить область применения таких материалов в производстве не только строительных материалов, но и сухих смесей.

Проводятся исследования возможности применения карбонатного шлама в смеси с пластифицирующими и воздухововлекающими добавками, а также с супер- и гиперпластификаторами.

С целью расширения масштабов применения карбонатных и гипсосодержащих шламов в строительстве разработаны технологические схемы подготовки карбонатных шламов к утилизации, технические условия и рекомендации по применению шламов в производстве строительных растворов.

Технологическая схема подготовки шламов не требует установки сложного оборудования. Основными операциями являются:

— отбор партий шлама из шламонакопителя;

— доставка шлама в бункеры для усреднения химического состава;

— механическое перемешивание или барботирование шламовой суспензии;

— очистка шламовой суспензии от мелких камней и инородных включений;

— доставка шлама на склад готовой продукции;

— отбор проб для проведения химического анализа.

На строительных предприятиях г. Пензы разработаны технологические схемы и оборудование для подготовки минеральных шламов и шламовых суспензий с целью использования их в производстве строительных растворов.

Добавка шлама должна вводиться в состав штукатурных или кладочных смесей в виде водного раствора заданной плотности на стадии приготовления суспензии из цемента и воды. Или в сухом виде в смеси с вяжущим в процессе приготовления сухой минеральной смеси.

При использовании нейтрализованных шламов в сухом состоянии необходимы дополнительные операции сушки и помола.

Положительным фактором при исследовании карбонатного шлама в сухом состоянии является то, что его состав практически не изменяется в отличие от гипсосодержащего, который при длительном хранении или сушке частично отверждается. В связи с этим гипсосодержащий шлам целесообразно использовать в пастообразном состоянии, в то время как карбонатный шлам может быть эффективно использован в виде сухого порошка.

Транспортировку шлама потребителям на небольшие расстояния необходимо осуществлять, поддерживая его в пастообразном состоянии. В этом случае добавку надо вводить в состав бетона на стадии приготовления водной суспензии вяжущего или с водой затворения. Назначение дозировки шлама при этом должно определяться в лабораторных условиях с учетом химико-минералогического состава цемента.

В настоящее время исследования проводятся с целью расширения области применения гипсосодержащих и карбонатных шламов в производстве композиционных вяжущих и отделочных материалов. Одним из наиболее перспективных направлений применения является получение гипсового вяжущего, а также производство гипсовых и гипсоцементных изделий и отделочных материалов.

 

Установка Фомм-Проф для производства пенобетона.

Завод Строй-Бетон предлагает сертифицированные установки для производства пенобетона, линейки Фомм-Проф.

Данные установки известны своей надежностью и качеством. При покупке установке предоставляется бесплатное обучение на собственном производстве в Санкт-Петербурге.

На базе данных установок возможно открытие производства от 20 до 120куб.м. блоков в сутки. Также возможна поставка всех необходимых комплектующих для производства, начиная от пенообразователя и смазки и заканчивая силосами цемента.

Инженеры и технологи завода Строй-Бетон помогут составить грамотную схему размещения оборудования и быстро запустить производственный процесс.

Завод Строй-Бетон — уверенность в поддержке!

 

Ещё с давних времён известна гипсоцементная штукатурка, способствующая очищению воздуха в помещениях и обладающая хорошими зоогигиеническими свойствами. Подобные свойства гипсовых материалов обусловлены особенностями поровой структуры гипса. При получении пластичного гипсового теста обычно требуется в 2,5–3 раза больше воды, чем для гидратации CaSO0,5H2O. Остающаяся в массе гипсового камня химически несвязанная вода при испарении образует систему открытых пор между кристаллами гипса. Подобная структура накладывает значительные ограничения на область применения гипсовых изделий для наружной отделки зданий вследствие возможности увлажнения и снижения физико-механических свойств. Однако для внутренней отделки гипсовые материалы незаменимы.

В настоящее время на кафедре “Земельный и городской кадастры” Пензенского государственного университета архитектуры и строительства в рамках Федеральной программы “Доступное жильё для граждан России” и ряда муниципальных программ проводятся исследования по разработке технологических схем получения гипсового вяжущего на основе гипсосодержащего шлама стекольного производства. С целью изучения состава и свойств гипсового вяжущего проводятся исследования по оптимизации режимов обжига гипсосодержащего шлама и оценке влияния примесей. Известно, что при дегидратации гипса возникают внутренние напряжения и связанные с ними дислокации в кристаллических структурах, которые наследуются также продуктами низкотемпературного обжига. Дислокации, возникающие в процессе термообработки, а также примесные ионы определяют в последующем форму и размеры частиц продуктов гидратации, что оказывает существенное влияние на структуру и прочность гипсового камня. Разработаны композиционные вяжущие материалы с использованием гипсового вяжущего, цемента и кремнезёмсодержащих, активных минеральных добавок на основе местного сырья. Строительные материалы, изготовленные с применением таких вяжущих обладают повышенной водостойкостью и прочностью.

В современном строительстве жёсткие требования предъявляются к тепловой защите зданий и сооружений. Однако высокая стоимость импортных теплоизоляционных материалов, массово используемых в строительстве, приводит к значительному удорожанию стоимости жилья. Кроме того, токсикологические и зоогигиенические характеристики синтетических теплоизоляционных материалов в большинстве случаев не удовлетворяют требованиям безопасности.

Проблема повышения эффективности тепловой защиты зданий может быть успешно решена путём применения разработанных гипсовых и композиционных вяжущих на основе шламовых отходов и местного сырья для изготовления теплоизоляционных материалов. В качестве наполнителей в таких составах используются отходы деревообработки и другие органические компоненты. Разработан ряд эффективных и дешёвых теплоизоляционных материалов на основе гипсосодержащего и карбонатного шламов, цемента, опоки, трепела и органических наполнителей.

Органо-минеральные материалы применяются в строительном производстве для утепления перекрытий и покрытий жилых зданий. Они обладают низким коэффициентом теплопроводности (0,11–0,12 Вт/м С), высокими звукоизоляционными свойствами и экологической безопасностью. Материалы на основе гипсосодержащего шлама стекольного производства не подвержены загниванию вследствие присутствия в составе шлама фторида кальция. Низкая себестоимость, долговечность и доступность таких материалов открывает широкую возможность применения их в массовом многоэтажном и индивидуальном жилищном строительстве.

С использованием карбонатного шлама, диатомита и цемента получены композиционные материалы, работающие в условиях высоких температур (до 800 С). Подобные композиты могут быть успешно применены при устройстве теплоизоляционных покрытий и обмуровок теплогенерирующих установок и трубопроводов.

Разработаны составы сухих строительных смесей для производства высокотемпературных теплоизоляционных материалов.

Массовое вовлечение крупнотоннажных шламовых отходов различных отраслей промышленности в производство строительных материалов становится сегодня одной из важнейших задач строительного материаловедения. Решение этой проблемы позволит получать не только высокие экономические эффекты за счёт рационального использования цемента, но и имеет огромное природоохранное значение.

К сожалению, большое количество ценнейшего сырья сегодня остаётся не востребованным и находится на промышленных свалках и в шламонакопителях, занимающих значительные территории. Задача заключается в том, чтобы исследовать эти отходы, определить возможные пути их подготовки и, при необходимости, переработки с тем, чтобы при минимальном расходе вяжущих получать эффективные строительные и отделочные материалы. Это может быть достигнуто путём научно-обоснованного подхода к проблеме применения шламовых отходов в строительстве, исследования механизмов действия химически активных шламов и наполнителей на процессы гидратации и твердения цементных и композиционных материалов, в том числе с использованием нанотехнологий.

В стране сегодня накоплено достаточно минеральных ресурсов в виде различных отходов и шламов, чтобы при эффективном их использовании и рациональном расходе цементных, гипсовых и композиционных вяжущих получать высококачественные и дешёвые строительные и отделочные материалы.

О.В. Тараканов, зав. кафедрой “Земельный и городской кадастры”, декан факультета “Управление территориями”;

Т.В. Пронина, инженер,

ПГУАС