Zemstroyplan.com

Ресурсо- и энергосберегающие технологии.
Экологические, градостроительные и архитектурные аспекты строительного материаловедения

(По материалам международной конференции 23-26 мая)

По содержанию докладов обзор систематизирован на подразделы: вяжущие вещества, материалы на основе вяжущих, изделия, комплексный подход к утилизации отходов, архитектурно-градостроительные аспекты строительного материаловедения. Деление это весьма условно.

Среди авторов — ученые всех степеней и званий, соискатели докторских и кандидатских степеней, 5 членов РААСН. Авторы представляют ученые коллективы России, Белоруссии, Казахстана, Узбекистана, Украины, Германии, Турции; всего 32 организации.

Вяжущие вещества

Остановимся сначала на докладах, содержащих опыт использования техногенного сырья и совершенствования технологии при получении портландцементов.

Три доклада этого направления представлены П.П.Лерке (фирма Гумбольт, ФРГ) и В.В.Шнайдером, и казахскими учеными Р.И.Имангуловым, Б.Т.Таймасовым. Ими предложено: 1) довольно простой способ обезвреживания фосфорных шлаков, позволяющий предотвратить образование в них токсичных фосфина и сероводорода, и получение далее экологически чистого шлакопортландцемента; 2) несколько способов отбеливания фосфорных шлаков и получения на их основе белого цемента с белизной 85-95%; 3) энергосберегающая технология производства портландцемента.

Авторский коллектив ученых из Казахстана и Турции, проведя исследования в Тарбзанском техническом университете (Турция), предложил использовать сталеплавильные шлаки чимкентского завода для получения шлакопортландцементов, цементных клинкеров и стеклокристаллических материалов; без участия турецкой стороны предложено использовать отходы асбоцементного производства в технологии асбоцемента, а отходы хлопка — в фиброцементных композициях.

Дефицитный глиноземистый цемент предлагают получать А.И.Ушеров, В.И.Шишкин, С.А.Крылова, Н.Г.Сидоренко (Магнитогорск) из шихты, в которой дорогостоящий боксит частично заменен отходами производства вторичного алюминия. Составы и марки ГЦ не приводятся.

Вяжущие воздушного твердения предлагают получать из отходов ученые с Волги, Дальнего Востока и из Сибири.

В производстве высококачественной извести существуют две проблемы: дефицитность кондиционного моломагнезиального сырья и технологические сложности использования высокомагнезиального карбонатного сырья и доломитов. В.В.Беляков и В.И.Шеронов (Н.Новгород) предлагают получать доломитную известь без периклаза путем скоростного обжига мелкофракционного доломитизированного сырья. Проанализировав достоинства и недостатки существующих обжиговых агрегатов, они остановились на печи кольцевого типа. Полученное таким образом вяжущее пригодно для изготовления силикатного кирпича марок 150 и 200.

Следует отметить, что органическими отходами занимается крайне узкий круг исследователей, что, возможно, отражает наличие и перспективность утилизации отходов как сырья. Но, скорее всего, это не так. Целесообразность использования органоминеральных шламов — отходов механической, термической обработки металлов (маслошламы) и отходов очистки нефтестоков (нефтешламы) для экономии органических вяжущих (битума) доказывается в работе Т.В.Шеиной и С.Ф.Кореньковой (Самара). Получены обнадеживающие результаты при введении в битумы различных марок от 10 до 60% шламов. Полученные битумно-шламовые вяжущие являются универсальными, т.к. расширяют возможности применения стандартных битумов и делают их взаимозаменяемыми.

Бесцементные и малоцементные вяжущие могут быть получены по разным технологиям и рецептурам, включающим самые разные отходы, среди которых по-прежнему лидируют золы и шлаки.

Сульфатно-шлаковые вяжущие активностью до 30 МПа предлагают изготавливать из известьсодержащих отходов содового производства, цементной пыли и фосфогипса В.В.Бабков, И.В.Недосенко, Р.А.Анваров, И.Ш.Каримов, Л.Ф.Ямалтдинов (Уфа). Использование шламов в данных композициях, по мнению авторов, предпочтительнее их традиционного применения в шлакопортландцементах.

Правильно скорректированная сырьевая масса как результат тщательных теоретических исследований систем «глинистые минералы — тонкодисперсный кварц — известь — вода» позволили В.С.Лесовику и А.Н.Володченко получить на основе некондиционных глин и извести известково-глинистое вяжущее, пригодное для изготовления при гидротермальной обработке плотных и ячеистых силикатных материалов. Глина входит в состав композиции, дающей прочность до 50 МПа без обжига и автоклавной обработки. Прочность такой композиции, как показывает М.А.Масликова (Томск), достигается химическим путем, а именно затворением отдозированной смеси глины, известняка и горелой породы фосфорной кислотой.

Совместное сжигание поволжских сланцев и известняка в псевдосжиженном слое связывает выделяющийся в процессе горения токсичный диоксид серы и позволяет получить прочность продукта при гидратации 3-7 МПа. Исследователи А.Т.Дворядкин, Т.И.Ирисова, И.Н.Синицына (Балаково) отмечают, однако, что этот продукт не является вяжущим, т.к. не отвечает требованиям по равномерности изменения объема. Зольный остаток от сжигания сланцев может быть применен в качестве гидравлической добавки в гипсоизвестковозольные или фосфогипсоизвестковозольные вяжущие.

На основании экспериментальных и теоретических проработок В.В.Власовым (Воронеж) определены технологические приемы увеличения устойчивости гидратированных структур материалов на основе алюмосиликатного местного сырья (отходы керамики, стеклобой, зола, пепел, туф, пемза, перлит, трепел). Автор не приводит конкретных рецептур.

Вопросу использования высококальциевых зол посвящен также доклад Л.Г.Плотниковой и Г.И.Овчаренко (Барнаул). Предложены ускоренные методы контроля качества по величине тепловыделения в ранние сроки гидратации и оценки деструктивной опасности по деформации удлинения образцов из теста. Рекомендованы технологические приемы и составы для получения смешанных золоцементных вяжущих.

Материалы на основе вяжущих

Несколько докладов посвящено цементным бетонам. Ю.М.Баженов (Москва) обосновывает возможность применения двух технологий и двух методик расчетов многокомпонентных цементных бетонов. При одном из технологических вариантов тонкомолотая добавка вводится непосредственно в бетонную смесь, но предварительно перемешивается с цементом. Для точности технологических расчетов в этом случае вводится понятие «эффективность водоцементного отношения», которое учитывает иммобилизацию воды тонкомолотой добавкой и заполнителями, а также «концентрации цементного камня». Единые расчетные зависимости для многокомпонентных бетонов на различных техногенных отходах позволяют прогнозировать свойства бетонов и оптимизировать их составы.

Ячеистым бетонам посвящено два доклада. О.К. Базоев и Э.М.Хадонов (Владикавказ) предлагают одностадийную технологию изготовления пенобетона естественного твердения, взяв за основу разработку рижской фирмы «KONFJ». В один агрегат за один прием вводятся цемент, песок, вода и пенообразователь. В качестве последнего можно применять отходы производства моющих средств.

Е.В.Сулимова и М.С.Гаркави (Магнитогорск) рекомендуют к применению газобетон, а именно газогипс, армированный древесными опилками.

Грунтобетон для мелкоштучных блоков полусухого формирования можно получить по технологии В.В.Конючкова и О.В.Кононова (Йошкар-Ола). В составе сырьевой смеси отсевы известняка и стабилизирующая добавка — известь или цемент.

Предложена технология и создана передвижная установка по приготовлению растворов на основе фосфогипса — дигидрата. Предварительная активация фосфогипса путем обжига заменена тонким измельчением.

Отходы камнепиления, стекольной и керамической промышленности, золы и шлаки можно применять в качестве заполнителей в металлобетонных композициях; связующим в них выступают металлические расплавы. А.М.Болдырев, О.С.Орлов, Е.Г.Рубцова (Воронеж) исследовали влияние размерных факторов и количества заполнителей на прочность композиций.

Изделия

В этот подраздел вынесены доклады, касающиеся изделий для стен, полов, облицовочных, теплоизоляционных, что весьма условно, т.к. обычно на конечный продукт — изделия или конструкции ориентированы почти все исследования. Л.А.Иванова и И.С.Ахметов (Рудный) рекомендуют использовать золы гидроудаления и «хвосты» обогащения железных руд. Их регион буквально завален отходами в результате хозяйственной деятельности пяти горнообогатительных комбинатов. Конкретное предложение — использовать «хвосты» в качестве кремнеземистого компонента для газобетонов, предназначенных для изготовления стеновых изделий и конструкций и имеющих характеристики Д 1000-1200, R сж 3,5-5 МПа. В качестве вяжущих применялись цемент, цемент+известь. Сделана попытка получить известково-зольный кирпич, аналогичный силикатному; однако большая открытая пористость не позволяет рекомендовать его для наружного слоя стенового ограждения.

В плане энергосбережения для изготовления кирпича предпочтительно обходиться без обжига и автоклавирования. Такая технология изготовления безавтоклавного силикатного кирпича методом кратковременного, но мощного прессования смеси предложена Т.Б.Арбузовой и В.Ю.Суховым (Самара). Обязательные компоненты смеси — карбонатные материалы различного происхождения («активный» заполнитель или кварцевый песок) и вяжущее — известково-опочная смесь. Состав смеси насыщен ионами кальция, и их поглощающий комплекс создает благоприятные условия для образования гидросиликатов кальция на поверхности зерен заполнителя. В качестве карбонатных материалов применялись высевки от дробления известняка. Все остальные компоненты — местные недефицитные материалы. Прочность материала 13-37 МПа, плотность 1550 — 1650 кг/куб.м, водопоглощение — 14,5-16,5%, морозостойкость — 15 циклов. Материал предназначен для производства кирпича и облицовочных плит; выпуск может быть налажен на технологических линиях, скомплектованных из серийно выпускаемых машин.

Возможности получения стеновых теплоизоляционных материалов на основе гипсовых вяжущих с использованием отходов химической переработки металлов показаны в докладе А.В.Полякова и В.В.Иваненко (Саратов). Доклад очень краток, и характеристики материалов не проводятся.

Из отходов лесопиления и деревообработки предлагают получать мелкоразмерные элементы И.А.Опанасюк и С.В.Ирванцов (Могилев). Элементы предназначены для использования в полах в виде мозаичного покрытия.

Для приготовления мелкоштучных стеновых облицовочных изделий можно, как показано в докладе Ю.Г.Иващенко, Д.В.Мещерякова и А.А.Сурнина (Саратов), использовать композиции на основе растворимых силикатов, состоящие из жидкого стекла и шлама от нейтрализации продуктов химических производств. Рецептура не приводится.

В.Н.Землянский, В.В.Царев (Ухта) изучили отходы от термошахтной добычи тяжелой нефти, накопления в терриконах — камнеподобные глинистые и изверженные горные породы. На действующих предприятиях или инвентарном мини-заводе из отходов можно наладить производство искусственных пористых заполнителей, глиняного кирпича.

Отходы калибровочных и метизных заводов — железосодержащие шламы изучены А.А.Шентяпиным (Самара) и рекомендованы как сырье — добавка к глине для получения керамического кирпича и как основной и единственный компонент для красно-коричневого пигмента.

Комплексные решения по утилизации промотходов

«Комплексная переработка природного сырья — основное направление развития промышленности и строительства в ХХI веке» — так проблемно озаглавили свой доклад П.И.Боженов и Б.А.Григорьев. С доводами и рекомендациями этого доклада трудно не согласиться. Авторы, например, предлагают давать экологическую характеристику технологий (ЭХТ) строительных материалов, которая учтет материалоемкость, энергоемкость и время производства. ЭХТ бетонов и растворов > 2, керамики

Другие доклады этого раздела не столь проблемны. Их объединяют два признака: наличие не одного, а нескольких технических решений и региональная направленность. Очень условно можно их разделить на решения по утилизации органических отходов и минеральных.

На основе минеральных отходов в сочетании с местными материалами предложена Б.Д.Тотурбиевым с сотрудниками (Махачкала) большая серия решений, а именно: тяжелые бетоны, стеновой материал на основе отходов камнепиления, теплоизоляционные плиты, кирпичи и сегменты из вспученного перлитового песка на бесцементных вяжущих, материалы для наружной отделки, керамический материал для фильтрации, черепица, бесцементные жаростойкие бетоны, арболитовые изделия.

Кварцевые пески дефицитны на Дальнем Востоке. Е.П.Холошин и Н.А.Фалалеева (Владивосток) разработали технологию гидрохимического модифицирования местных алюмосиликатных пород вулканического происхождения, в результате которой это некондиционное сырье становилось пригодным для получения жидкого стекла. Кроме указанного продукта, из алюмосиликатных пород можно получать теплоизоляционные материалы, облицовочные изделия, безобжиговые заполнители и бетоны, быстротвердеющие плотные и поризованные композиции специального назначения, щелочные вяжущие.

Каталогизацией отходов Оренбургской области заняты В.Н.Гулай и В.И.Турчанинов. Ими же предлагаются к внедрению разработки по производству вяжущих, бетонов, стеновых материалов.

А.Н.Юдин, Г.А.Ткаченко, Л. В. Моргун (Ростов-на-Дону) занимаются отходами, хранящимися в отвалах: шламы химводоочистки ТЭЦ предложено использовать в производстве прессованного кирпича, наполнителей в шпаклевках, строительных растворах; шлаки также можно применять при производстве прессованного кирпича; фосфогипс-дигидрат может явиться базовым сырьем для изготовления мелкоштучных изделий (кирпича, плитки). Исследователи нашли рациональное решение для утилизации отсевов дробления магматических горных пород на щебень, отходов мягкого мела, путания синтетических волокон, золы-уноса, молотых шахтных горелых пород.

Е.Б.Владимирова и В.Н.Уфимцев (Екатеринбург) отмечают, что наибольшего эффекта можно достичь комплексным использованием вторичного сырья при максимальной отходоемкости, т.е. объединяя отходы нескольких предприятий. По этому принципу на Урале можно наладить производство из вторичного сырья известково-шлакового и известково-зольного вяжущих, фундаментных блоков, бордюрных камней, безобжигового зольного гравия, безобжигового кирпича и черепицы.

А.С.Шакора и Н.М.Володарчик (Красноярск) разработали цементно-зольно-цеолитовые композиции для газобетона неавтоклавного твердения, строительных растворов и тяжелых бетонов.

В Воронеже Б.Ф.Соколов и Н.И.Сулин заняты утилизацией экологически опасных многотоннажных промотходов — шламов и сточных вод гальванопроизводств, стекол с люминофорами, отходов литейного производства, а также органических отходов от производства аминопластов и пенополистирола. Новый подход к утилизации твердых отходов основан на теории твердофазных реакций. Иными словами, благодаря диспергации исходных веществ создается возможность твердофазного механохимического синтеза. Так получены экономичные асфальтобетоны, керамический заполнитель, цементные бетоны. Все материалы прошли экспертизу на экологическую безопасность.

Э.Р.Галимов, А.Г.Исмаилова, Р.К.Низамов, А.Д.Иваненко, Г.Г.Ушакова (Казань) работают в области получения ПВХ-композиций. Ими исследованы возможности модификации материалов на основе жесткого пластифицированного и эластифицированного ПВХ лигнинсодержащими соединениями. Модифицирующими компонентами служили: гидроизоляционный лигнин, шлам сточных вод производства целлюлозы, «карамель» — отход дрожжевых производств, последрожжевой остаток от производства кормовых дрожжей, хлорированный гидролизный лигнин, целый ряд щелочных лигнинов. В результате предложен ряд оптимальных промышленных рецептур строительных материалов на основе ПВХ.

Изучена принципиальная возможность использования торфа для производства теплоизоляционных материалов Л.В.Косицыной, Н.П.Горленко и Ю.С.Саркисовым (Томск).

Об использовании технического трикотажа в строительстве говорится в докладе М.Н.Медведчиковой и Н.Ф.Зыбиной (Благовещенск, С.-Петербург). Его выгодно применять для мягких покрытий и оболочек в качестве изолятора или защитной сетки при проведении строительных работ, дорожном строительстве. Архитектурно-градостроительные аспекты строительного материаловедения

Доклады этого раздела представлены самарскими учеными.

Интересный исторический анализ применения строительных материалов в самарском крае приводится в докладе А.Е.Ахмедовой и Т.В.Барановой. До новой эры примитивные жилища строились из кольев, бивней мамонта, шкур, земли и дерева. В III-IV веке до н.э. появились первые срубовые жилища. Каменное зодчество расцвело в период существования Волжской Булгарии (Х-ХII вв.). Проблема исчезновения лесов привела к открытию кирпичных заводов.

Вопросу реставрации памятников архитектуры Самарской области посвящен доклад Ю.В.Сухова. Им перечисляются основные факторы, являющиеся причиной разрушения уникальных зданий. Автор отмечает, что часто приходится не столько лечить повреждения временем, сколько устранять последствия безграмотно выполненных ремонтных работ.

В докладе В.П.Костюка подробно рассматриваются свойства горных пород как облицовочных материалов — магматических (гранитов, диоритов), осадочных (гипса, ангидрита, травертина), метаморфических (мрамора, яшмы, кварцитов, радонита, малахита, лазурита, нефрита, шунгита).

О методах градостроительного регулирования, необходимости региональной диагностики в формировании урбанизированного каркаса, градоэкономической оценке сети оздоровительных территорий говорится в докладах Е.А.Ахмедовой, Т.В.Караковой, Н.А.Лекаревой.

Т. Арбузова, чл.-корр. РААСН, доктор технических наук, профессор,
Самарская архитектурно-строительная академия