книги / Строительные материалы

мовддее.рнижение расхода цемента при применении но­ вейших добавок — суперпластификаторов составляет 15—2$:%. Дополнительный источник экономии цемента при высоком качестве бетона — применение статистиче­ ского контроля прочности. Назначение требуемой проч­ ности бетона с учетом его однородности обеспечивает при повышенной культуре производства снижение расхо­ да цемента на 5—10 %.

Экономия металла — важнейшая народнохозяйствен­ ная задача. В настоящее время в строительстве ежегод­ но используется 31—33 млн. т черных металлов, из ко­ торых 12—13 млн.т расходуется на арматуру для желе­ зобетонных конструкций, около 8 млн. т на фасонный и листовой прокат для изготовления металлоконструкций и опалубочных форм и И —12 млн. т на трубы.

Самое эффективное направление снижения расхода металла в железобетоне — применение для арматуры вы­ сокопрочной стали. Арматурная сталь разных классов и видов.является в известных пределах взаимозаменяемой. Количество стали любого класса (Т) может быть выра­ жено в условно эквивалентном по прочности приведен­ ном количестве стали класса A-I (Т')

где /Спр — коэффициент приведения стали данного класса к стали класса A-I.

В табл. 19.5 приведены значения коэффициента при­ ведения и экономии металла при использовании арма­ турной стали различных классов.

Значительный резерв по экономии металла обеспечи­ вается при изготовлении напряженной арматуры из вы­ сокопрочной проволоки и канатов. Экономия металла достигается также при более точных расчетах конструк­ ций в соответствии с действительными условиями их ра­ боты под нагрузкой, приближением армирования к тре­ бованиям расчета, оптимизацией конструктивных реше­ ний.

При изготовлении арматурных изделий для сборного железобетона экономию стали получают при сварке се­ ток и каркасов на автоматических линиях с продольной и поперечной подачей стержней из бухт, при расширении всех видов контактной сварки, безотходной стыковке

Вторжение современной техники в природные процесс сы нарушает их естественное протекание и вызывает не­ желательные изменения в биосфере.. Отходы бурно раз­ вивающейся промышленности могут загрязнять токсич­ ными. веществами атмосферу, гидросферу и почву* Большие земельные участки заняты под отвалы шлаков и золы, тепловых электростанций, шламы химических производств, вскрышные породы и отходы горпо-обогати?. тельных комбинатов, шахтные породы и отходы углеобо­ гащения.

Социалистическое государство в соответствии с Кон­ ституцией СССР принимает все необходимые меры для охраны и научно обоснованного рационального исполь­ зования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха. Приняты законы об охране атмосферного воздуха, охра? не и использовании животного мира.

Преимущества социалистического хозяйства позволя­ ют, осуществить плановый постепенный перевод предпри­ ятий й целых территориально-производственных комп­ лексов, на технологию с минимальными отходами. Полное комплексное использование природного сырья при­ ведет к созданию практически безотходных производств. Экологическая проблема взаимодействия общества и природы в нашей стране решается комплексно. Преду­ смотрено совершенствование технологических процессов и транспортных средств с целью сокращения выбросов вредных веществ и улучшения очистки отходящих газов неточных вод предприятий. Приняты меры по усилению охраны лесов, расширению лесопосадок. Создаются за­ поведники, осуществляется сбалансированное воспроиз­ водство ценных видов рыбы и диких животных. Усилива­ ется: государственный контроль в области природопользо­ вания.

. Производство многих строительных материалов бази­ руется на малоотходной технологии. Большинство це­ ментных заводов оснащено системами пылеулавливания, включающими электрофильтрационные установки. Уловленная цементная пыль частично возвращается в производство, а частью используется в сельском хозяй­

ад^о,сферы являются химическая, нефтеперерабатываю­ щая и нефтехимическая промышленность,..черная.и.ццет-

наяметаллургия, тепловые электростанции. В настоящеевремя ведется большая работа по сокращению в газовых выбросах содержания вредных веществ: оксидов азота и серы, оксида и диоксида углерода, соединений фтора, ор­ ганических продуктов и радиоактивных веществ. Для со­ кращения газовых выбросов разрабатываются более совершенные технологии и методы сжигания топлива, предусматривается применение комбинированных сис-‘ тем очистки газов. В этих системах механическая очист­ ка с помощью циклонов, тканевых фильтров и электро-' фильтров сочетается с абсорбционно-каталитическими W адсорбционными методами, использующими новые эф­ фективные поглотители. Удается достичь степени очист­ ки от оксидов азота 60 % и от оксидов серы 90 %. При* этом уловленные ангидриды кислот превращаются в со­ ответствующие кислоты и другие полезные продукты.

Промышленность строительных материалов использу­ ет воду на предприятиях, выпускающих все основные виды материалов и изделий: керамические, бетонные и железобетонные, асбестоцементные, полимерные и др. В составе исходной смеси вода является химическим ре­ агентом и используется как промышленное сырье. Она же служит компонентом энергетических систем, исполь­ зуется в качестве среды, в которой происходят химичес­ кие реакции, или для поддержания определенных техно­ логических параметров.

Нередко вода применяется как средство транспорти­ рования сырья и отходов, для промывки заполнителей, мытья производственных помещений, вода участвует в абсорбционных системах очистки газов. Например, на 1 м3 бетона расходуется до 2 м3 воды, имея в виду про­ мывку заполнителей, воду затворения бетонной смеси, пропаривание изделий или уход за монолитным бетоном, включая его поливку летом. Следовательно, за один год только бетон и железобетон «потребляют» приблизитель­ но 500 млн. м3 воды определенной кондиции. Еще боль­ шее количество воды расходуется в целлюлозно-бумаж­ ной промышленности и в производстве искусственных во­ локон, в частности на отмывку продукции от примесей. Сточные воды этих производств, а также химических предприятий, выпускающих полимерные материалы, кра­ сители, минеральные удобрения и т. п., содержат токсич­ ные вещества, загрязняющие водоемы.

Вода в жидком и парообразном виде — наиболее рас-

Рис. 19.1. Схема взаимосвязи промышленности, энергетики, производства строительных материалов и окружающей среды

онных и других материалов. Производство строительных материалов ежегодно «поглощает» более 2 млрд, т мине­ рального сырья и, следовательно, может переработать в материалы практически полностью промышленные отхо­ ды и значительную часть вскрышных пород горнодобы­ вающей промышленности (рис. 19.1.).

Производство строительных материалов уже теперь организуют в кооперации с основной продукцией хими­ ческой промышленности и металлургии, что означает пе­ реход на безотходную технологию, исключающую загряз­ нение окружающей среды.

Безотходная технология — это комплекс мероприя­ тий, проводимых на всех технологических стадиях от пе­ реработки сырья до использования готовой продукции, в результате которых сокращается до минимума количест­ во вредных выбросов и влияние их на окружающую среду,

• Промышленные предприятия будущего будут работат.ь по безотходным технологиям — в этом заключается кардинальное решение проблемы защиты окружающей среды; Уже сейчас решаются практические задачи тех­ нологии безотходного производства с участием строи­ тельных материалов*

В СССР впервые разработана технология получения! глинозема, соды, поташа и портландцемента из нефели­ нового сырья (в то время как ранее глинозем получали только из бокситов). Нефелины представляют собой алюмосиликат натрия и содержат 31—34 % А120 3, а так­ же Si02, калий, кальций. Из нефелинового сырья по раз­ работанной технологии сначала получают глинозем, со­ ду и поташ, а остающийся белитовый шлам является сырьем для производства цемента. Ачинский цементный завод — гигант промышленности строительных материа­ лов— использует нефелиновый шлам Ачинского глино­ земного комбината в качестве глинистого компонента сырьевой шихты; карбонатным компонентом являются местные известняки. Таким путем ежегодно будет выпус­ каться 4,5 млн. т цемента.

Нефелиновый шлам, остающийся после цементного производства, можно использовать также для изготовле­ ния бесцементных стеновых материалов (силикатного кирпича, блоков), изготовляемых путем автоклавной об­ работки. Он находит применение в производстве стекла

иситаллов, может использоваться для получения тепло­ изоляционных и огнеупорных материалов. Новые научные

итехнологические разработки расширяют область при­ менения шламов в народном хозяйстве и позволяют до­

биться их полного использования.

Первоочередная задача — широко использовать в производстве строительных материалов попутно добы­ ваемое сырье и отходы промышленности —затрагивает основные отрасли индустрии.

Черная металлургия ежегодно кроме чугуна получает более 50 млн. т доменного шлака, около 28 млн. т стале­ плавильных и ферросплавных шлаков. За прошедшие го­ ды в отвалах накопилось более 450 млн. т шлаков, к ко­ торым ежегодно добавляется по 30 млн. т.

Для производства строительных материалов в стране используется более 75 % получаемых шлаков. Основным их потребителем является цементная промышленность, использующая гранулированный доменный шлак для вы­ пуска шлакопортландцемента и в виде гидравлической добавки для производства портландцемента. Коопера­ ция осуществляется путем строительства цементных за­ водов возле крупных металлургических предприятий* (по­ строено 15 таких заводов). Это дает возможность ис­ пользовать шлак не только в виде добавки к клинкеру*

но и как компонент сырьевой смеси взамен глины при получении этого клинкеру. Поэтому не только устраня­ ются шлаковые отвалы, но и сокращается надобность !в карьерах; сохраняются земельные угодья; топливнб1 энергетические затраты снижаются в 1,5—2 раза, себе­ стоимость цемента становится ниже на 25—30 %.

Шлаки используются и для бесцементного известко­ во-шлакового вяжущего, которое успешно применяется при производстве ячеистых бетонов и изделий из них. Доменные шлаки являются основным сырьем для произ­ водства шлаковаты, шлакоситаллоз и шлаковой пемзы — эффективного заполнителя для легких бетонов. Себестои­ мость шлаковой пемзы в 2—4 раза ниже себестоимости керамзита. Металлургические шлаки в виде щебня при­ меняют и в тяжелом бетоне взамен дорогого гранитного щебня с экономическим эффектом 0,4—0,8 руб/м3.

Материалы из промышленных отходов получаются не хуже, а в ряде случаев даже превосходят по качеству аналогичные материалы и изделия из природного сырьр, например шлакоситаллы, выпускаемые по разработан­ ной в СССР технологии. По своим физико-механическим свойствам, химической стойкости и декоративности они не уступают изделиям из гранитных горных пород. До­ ступность сырья, механизированное поточное производ­ ство — все это обусловило распространение изделий из шлакоситаллов в культурно-бытовом и промышленном строительстве, в том числе для устройства антикоррози­ онной защиты. Экономический эффект применения 1 т шлакоситалла составляет 60—160 руб.

Из расплавленных шлаков отливают камни для мо­ щения дорог и иолов промышленных зданий, бордюрный камень, плитки для антикоррозионной облицовки, трубы и др.

Металлургические предприятия в кооперации с произ­ водством строительных материалов работают по безот­ ходной технологии, практически полностью используя до­ менные шлаки. Что касается сталеплавильных мартенов­ ских шлаков, то проблема их переработки и использования еще полностью не решена. Ежегодный выход этих шлаков составляет более 20 млн. т, а перерабатывается около 2,5 млн. т. Повышенное содержание оксидов желе­ за и других металлов требует решения комплексной за­ дачи — извлечения из шлаков ценных металлов и полу­ чения на основе этих шлаков строительных материалов.

Тепловые электростанции вьфабатывают 75 % элек­ троэнергии, потребляемой в СССР. При сжигании твёр­ дого. топлива (каменного угля, горючих сланцев, торфа) образуются золы и топливные шлаки, ежегодный выход которых составляет более 90 млн. т. На современных ТЭС золоотвалы достигают 20—40 млн. м3, дорого обхо­ дится удаление и хранение топливных отходов в отвалах. Нередко под золоотвалы отводят пахотные земли.

’’’’На большинстве электростанций топливо сжигают в пылевидном состоянии. Мелкие частицы золы (от 5 до 100 мкм) уносятся из топок агрегатов с дымовыми газа­ ми, их улавливают и накапливают в бункерах. Крупные минеральные частицы сплавляются в кусковые шлаки. Применяют гидрозолоудаление и удаление золы пневмо­ транспортом. Для применения в строительстве предпоч­ тительнее зола-унос, поставляемая в сухом состоянии. В таком виде зола-унос является тонкодисперсной активной минеральной добавкой к портландцементу и бетону: 100—150 кг/м3 такой золы может вводиться в бетонные смеси, заменяя 30—60 кг цемента. Зола применяется в качестве кремнеземистого компонента ячеистых бетонов и силикатного кирпича. Местные вяжущие вещества типа известково-зольного могут существенно сократить расход цемента в малоэтажном строительстве. Однако значи­ тельная часть золошлаковых отходов ТЭС транспортиру­ ется в отвалы гидротранспортом. Зола гидроудаления неоднородна по своему составу, перемешана с кусками шлака, содержит много примеси несгоревшего топлива. Такие золошлаковые отходы, накопившиеся в громад­ ных отвалах, являются минеральным сырьем для строи­ тельных материалов, получаемых путем термической об­ работки сырья: пористых заполнителей легких бетонов, минеральной ваты, плавленых материалов — золоситаллов и шлакоситаллов.

Аглопорит и зольный гравий хорошо получать именно из топливных шлаков и зол, являющихся алюмосиликат­ ными материалами (подобно глине), обладающими спо­ собностью спекаться на решетках агломерационных ма­ шин.

Промышленность строительных материалов недоста­ точно использует отходы химической промышленности. Сложность этой проблемы будет ясна, если учесть гро­ мадное количество этих отходов. Продолжаются научные исследования, которые уже теперь позволили разрабо­

тать способы 'Использования многотоннажных отходов в

электротермическим способом. Гранулированный шлак вводится как активная минеральная добавка в цемент, что дает экономию около 7 % топлива. Из них получают также шлаковую пемзу и литой щебень.

В производстве минеральных удобрений и борной кис­ лоты образуются отходы (фосфогипс, борогипс), содер­ жащие сульфат кальция в виде двугидрата, полугидрат'а! и’ ангидрита. На сушильно-грануляционных установках гипсовые отходы гранулируются и в сухом виде легко выгружаются из вагонов и бункеров, не смерзаются зимЬй, хорошо транспортируются. Применение гранулиро­ ванных гипсовых отходов взамен природного гипса как добавки — регулятора схватывания цемента и в произ­ водстве гипсовых вяжущих веществ не только выгодно экономически, но и необходимо экологически, поскольку позволит полностью утилизировать гипсовые отходы и даже перерабатывать накопившиеся отвалы этих отхо­ дов.

' Горнодобывающая промышленность дает громадные количества минеральных отходов, являющихся ценным сырьем для производства строительных материалов.

Отходы угледобычи и углеобогащения — это шахтные породы, флотационные «хвосты» обогатительных фабрик, содержащие некоторое количество угля. Они состоят в оснбвном из кремнезема (~ 3 8 %) и глинозема (~ 1 7 %), а также содержат Fe20 3, CaO, MgO и серу ( ~ 3 % ) . Наиболее перспективно использование угольных отходов для?Производства пористых заполнителей (аглопорита), поскольку в них уже имеется часть необходимого для по­ рообразования топлива, а присутствие значительного ко­ личества глинозема облегчает спекание и способствует повышению прочности получаемого материала. Отходы углеобогащения применяются в качестве топливной к отоЩающей добавки в кирпичной промышленности, прй этом расход топлива на обжиг 1000 шт. кирпича сокра­ щается на 50—70 кг. Угольные отходы используются в цементной промышленности, в частности для производст­ ва шлакопортландцемента. Горелые шахтные породы на­ ходят применение в конструкциях дорожной одежды. Однако общий объем утилизации отходов углеобогащё-