Строительные материалы

Стройматериалы из отходов

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Утилизация цементной пыли. Основным направлением утилизации пыли, образуемой при обжиге цементного клинкера в вращающихся печах, является использование ее в самом процессе производства цемента. Пыль из пылеосадительных камер возвращается во вращающуюся печь вместе со шламом. Основное же количество пыли улавливается в электрофильтрах. Эта пыль имеет высокую дисперсность и содержит повышенное количество свободного оксида кальция, щелочей и серного ангидрита. Добавка 5—15% пыли к сырьевому шламу вызывает его коагуляцию и уменьшение текучести. При повышенном содержании в ней щелочных оксидов снижается качество клинкера.

Сейчас на цементных заводах с мокрым способом производства применяются различные способы возврата пыли в печь. Для предотвращения зарастания труб, замазывания цепей и образования шламовых колец пыль можно вводить в виде пульпы. Влажность шлама эффективно снижается за счет разжижителей.

В гранулированном и негранулированном виде пыль вводят за цепную завесу печи ( 6.5), устраняя ее отрицательное влияние на шлам. При беззольном топливе и относительно невысоком количестве пыли (8—10%) ее можно возвращать в печь вдуванием в зону спекания с «горячего» конца печи. На крупных заводах целесообразен обжиг всей уловленной пыли в отдельной вращающейся печи.

Пыль, уловленная электрофильтрами вращающихся печей, может служить основным компонентом различных смешанных вяжущих. Ее активизируют добавками портландцементного клинкера, гипса и доменных гранулированных шлаков. Для активного проявления вяжущих свойств в композициях пыли с гипсом, шлаком и другими добавками она должна содержать достаточное количество свободного оксида кальция и клинкерных минералов.

Компоненты, составляющие цементную пыль, гидратируются при запаривании и активно реагируют с кремнеземом, образуя гидросиликаты и гидроалюмосиликаты. Это позволяет частично или полностью заменять известь в производстве силикатных кирпича и бетонов, что значительно повышает их прочность. Применение цементной пыли эффективно и при изготовлении ячеистых силикатных бетонов. Для предотвращения неравномерности изменения объема силикатные материалы из смесей, содержащих цементную пыль, производят по гидратной схеме с принудительным гашением или с длительным вылеживанием пыли до полной гидратации оксида кальция.

Количество щелочных оксидов в пыли для производства вяжущих известково-шлакового и известково-пуццоланового типа должно составлять не более 2—4%. Высокощелочную пыль можно использовать как калийное удобрение и для получения электротехнического фарфора. Одним из наиболее рациональных направлений использования высокощелочной пыли является изготовление на ее основе шлакоще-лочных (пылешлаковых) вяжущих.

Содержание щелочных оксидов в пыли разных заводов не одинаково. Они связаны в виде щелочных сульфатов, хлоридов я карбонатов. Количество щелочных соединений увеличивается с ростом дисперсности пыли. Наиболее высокими прочностными показателями обладают шлакощелочные вяжущие при соотношении основного доменного гранулированного шлака и щелочной пыли 3:1. При этом удельная поверхность шлака должна составлять около 3000, пыли — до 9000 см2/г. Наибольшим активизирующим действием обладают щелочные карбонаты, наименьшим — сульфаты. Влияние щелочных карбонатов уменьшается с ростом содержания в пыли сульфата кальция.

Пылешлаковые вяжущие характеризуются следующими особенностями: рост их активности прямо пропорционален концентрации щелочей; они обладают высокой прочностью на изгиб и низкой во-допотребностью. На основе этих вяжущих можно получать бетоны с широким диапазоном марок по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости, обладающие высоким сцеплением с арматурой и надежно защищающие ее от коррозии. В бетонах на пылешлаковых вяжущих могут применяться как обычные, так и дисперсные заполнители.

Высокая дисперсность пыли позволяет использовать ее в качестве порошкообразного наполнителя асфальтовых бетонов. Минеральный порошок совместно с битумом образует асфальтовое вяжущее вещество, в значительной мере обусловливающее прочность асфальтовых бетонов, их плотность и теплоустойчивость. Качество пыли, как минерального порошка, снижается с увеличением содержания в ней водорастворимых соединений. Следует учитывать также высокую внутреннюю пористость цементной пыли, вызывающую ускоренное старение асфальтовых смесей и ухудшение их деформативной способности вследствие избирательной адсорбции масел и смол на внутренней поверхности пор.

Материалы из асбестоцементных отходов. В производстве асбесто-цементных изделий образуются отходы в виде влажной смеси асбеста и цемента, оседающей в отстойниках при очистке сбрасываемой в них воды, а также брак изделий, обрезки труб и стружка, получаемые при их механической обработке.

Количество сухих отходов составляет 2,6—4% массы выпускаемых изделий. Объем влажных отходов, являющихся осадком сточных вод в пересчете на сухое вещество достигает 1,5—2% массы сырья.

Наиболее целесообразно возвращать отходы в основное производство. Влажные асбестоцементные отходы с большим содержанием воды (до 300% по массе) необходимо возвратить в технологический процесс как можно скорее после завершения фильтрации, чтобы эффективнее использовать негидратированную часть цемента.

Сухие асбестоцементные отходы можно ввести в асбестоцементную суспензию только после дробления и помола. Из-за отсутствия специального оборудования, энерго- и трудоемкости помола отходов такая технология в асбестоцементном производстве используется редко.

Свойства материалов на основе асбестоцементных отходов в значительной степени зависят от их подготовки асбестоцементных отходов к введению в технологический процесс.

Влажные и молотые сухие асбестоцементные отходы имеют высокую удельную поверхность, что является причиной повышенной во-допотребности материалов, полученных на их основе. Поэтому для получения строительных материалов с требуемыми физико-механическими характеристиками приходится применять жесткие смеси и прибегать к интенсивным методам уплотнения, в частности прессованию. Причем прессующее давление должно быть в пределах 30— 50 МПа. Однако таким образом целесообразно изготовлять лишь небольшие по размеру изделия — плиты, кирпичи, стеновые камни и др.

Асбестоцементные отходы содержат большое количество гидратиро-ванных цементных минералов и асбеста. При обжиге они приобретают вяжущие свойства в результате обезвоживания гидратных составляющих цемента и асбеста. Оптимальная температура обжига 600—700 °С. В этом температурном диапазоне завершается дегидратация гидросиликатов, разлагается асбест и образуется ряд минералов, способных к гидравлическому твердению.

Вяжущее с выраженной активностью можно получить смешиванием термически обработанных асбестоцементных отходов с металлургическим шлаком и гипсом при содержании в нем асбестоцементных отходов 40—50%, 50—60% шлака и 5% гипса. Активность вяжущего при 28-суточном водном твердении достигает 20—25 МПа.

Значительное повышение прочности материала наблюдается при добавке кремнеземистых компонентов (шлаков, зол ТЭЦ, кварцевого песка и т. д.) в результате реакции пуццоланизации. Известно, что такая реакция наиболее интенсивно протекает при температуре 174— 200 °С и давлении насыщенного пара 0,8—1,5 МПа.

Из асбестоцементных отходов изготавливают облицовочные плитки и плитки для пола. Твердые сухие отходы дробят и тонко измельчают, а затем смешивают с портландцементом (15—20%) и увлажняют до 10—12%. Фактурный слой готовят в виде асбестоцементной пасты на основе белого или цветного портландцемента. Плитки размером 150 х 150 и 600 х 300 мм и толщиной 8 мм формуют в пресс-формах с подкладками из плексигласа или хромированной стали. Изделия из полусухой массы формуют при удельном давлении 1,5—2,5 МПа. Затвердевшие плитки имеют прочность на изгиб не менее 10 МПа и во-допоглощение не более 22%.

Массу для формования плиток можно получить также смешиванием мокрых (70%) и молотых сухих (20%) асбестоцементных отходов с добавкой 10% портландцемента. Разработана технология формования плит из массы, содержащей 60—80% мокрых асбестоцементных отходов, 20—30% глины и 15—20% битума путем прессования их под давлением 1,5—2 МПа. Такие изделия имеют среднюю плотность 350—410 кг/м3, прочность на изгиб 0,06—0,15 МПа и на сжатие 0,12—0,32 МПа.

Облицовочные плитки средней плотностью 500—600 кг/м3 и прочностью на изгиб 5 МПа и более получают прессованием асбестоцементных отходов с добавкой полимеров резольного типа (фенолфор-мальдегидных, мочевино-формальдегидных).

Эффективным видом вяжущего в композициях из асбестоцементных отходов является жидкое стекло. Облицовочные плиты из смеси высушенных и измельченных в порошок асбестоцементных отходов (70—74%) и раствора жидкого стекла плотностью 1,1—1,15 г/см3 (26— 30%) получают при удельном давлении прессования 4—5 МПа. В сухом состоянии эти плиты имеют среднюю плотность 1380—1410 кг/м3, прочность на изгиб — 6,5—7 МПа, на сжатие—12—16 МПа, коэффициент размягчения — 0,8, сорбционную влажность — 3,9—5%.

По одной из технологий, отходы подсушивают и перерабатывают до получения фракции не более 20 мм. Затем их смешивают с водой и вяжущим в бетономешалке принудительного действия. Полученную массу укладывают в формы и уплотняют методом вибрации. Тепловая обработка отформованных плит производится в течение 18—20 ч при температуре, которая подбирается опытным путем в зависимости от вида использованного вяжущего. Изделия добирают необходимую прочность и приобретают лимитированную влажность (не более 10%) при твердении в естественных условиях или при сушке в сушилках. Тепловая обработка плит осуществляется в кольцевых индукционных электросушилках на вагонетках. Средняя плотность плит в сухом состоянии составляет 500 кг/м3, прочность на сжатие не менее 0,6 МПа, коэффициент теплопроводности не более 0,0897 Вт/м • °С.

Были изучены композиции на основе асбестоцементных отходов и легких органических материалов — костры льна и опилок.

Экспериментально установлено, что смесь влажных отходов с молотой кострой хорошо формуется различными способами (прессование, трамбование, вибрирование), отформованные образцы обладают прочностью, достаточной для быстрого освобождения из форм. Кроме того, материал твердеет самостоятельно и не требует ввода специального вяжущего.

Из отходов асбестоцементного производства изготавливают теплоизоляционные материалы. Изделия в виде плит, сегментов и скорлуп получают из измельченных отходов с добавкой извести, гипса и песка. Теплоизоляционные материалы можно получать также из смесей асбестоцементных отходов, цемента, жидкого стекла и других вяжущих при введении в смеси газо- и пенообразователей. Так, газобетон на основе вяжущих из асбестоцементных отходов имеет прочность на сжатие 1,9—2,4 МПа и среднюю плотность 370—420 кг/м3.

Асбестоцементные отходы могут служить наполнителями теплых штукатурок и асфальтовых бетонов с высокой ударной вязкостью.

Предложено использовать «мокрые» отходы производства асбестоцементных изделий в легких мелкозернистых бетонах для полов жилых, общественных и других зданий взамен легких поризованных мелкозернистых бетонов. Технологическая схема производства легкого мелкозернистого бетона с использованием «мокрых» отходов дана на  6.6. Отходы, доставленные из отвалов автомобильным транспортом, подают с помощью грейфера в шламбассейн, где с помощью передвижной мешалки перемешивают с водой. С целью получения однородной массы производится мокрый помол отходов в течение 5—6 мин. После помола отходы в виде пульпы имеют среднюю плотность 1075—1080 кг/м3. Пульпа растворонасосом через жидкостный дозатор подается в смеситель, куда дозируются также цементи песок. Готовую бетонную смесь транспортируют к месту укладки так же, как обычные строительные растворы.

Для предотвращения усадочных трещин на поверхности основания полов расход воды должен быть таким, чтобы подвижность мелкозернистой бетонной смеси была не более 12 см по конусу СтройЦНИЛа.

Работами, выполненными в Киевском инженерно-строительном институте, установлено, что дисперсные асбестоцементные отходы, включающие продукты гидратации портландцемента, способны конденсироваться в камнеподобное прочное состояние при сближении частиц до расстояния, когда проявляются силы взаимного притяжения. Это явление получило название «эффект упорядочения структуры силикатных веществ» и реализовано при создании ряда материалов контактного твердения. Поскольку основной компонент асбестоцементных отходов представлен продуктами гидратации портландцемента, они обладают контактно-конденсационными свойствами, что открывает возможности их использования для получения материалов различного назначения. Присутствие тонкодисперсного асбеста благоприятно отражается на физико-механических характеристиках конденсированного камня.

Асбестоцементные отходы в сочетании с известью и кремнеземистым компонентом могут служить сырьем для получения теплоизоляционных автоклавных материалов. Применение их возможно также в качестве эмульгатора и наполнителя холодных асфальтовых мастик. Рациональный состав мастики (кг): битум — 350, вода — 450, асбестоцементные отходы — 200. Получение мастики и нанесение ее на поверхность можно осуществлять в смесителях и агрегатах, применяемых для изготовления, транспортирования и нанесения штукатурных растворов.

Из смесей сухих асбестоцементных отходов и различных вяжущих можно изготовить легкие облицовочные изделия.

Молотые отходы затвердевшего асбестоцемента могут применяться как кристаллизационные добавки, особенно в условиях автоклавного твердения изделий. При введении их в состав бетонных смесей на песчанистом портландцементе в количестве 6—8% массы цемента прочность автоклавных материалов на сжатие и изгиб повышается на 22-40%.

Новое направление утилизации асбестоцементных отходов — их применение при изготовлении экструзионных погонажных изделий.

Отходом асбестоцементного производства являются также бумажные мешки из-под асбеста, масса которых составляет около 0,8% потребляемого его количества. Освоена технология переработки мешков и введения получаемого вторичного целлюлозно-бумажного волокна (3—5% массы асбеста) в сырьевую смесь для получения волнистых кровельных листов. При этом на 10—15% повышается их ударная вязкость.

Бумажные мешки размалывают в течение 15—20 мин в гидрораз-бивателе, куда их загружают в соотношении 60—75 кг на 2,5 м3 воды. Полученную пульпу с концентрацией 2,5—3% через буферную емкость и объемный дозатор насосом подают в турбосмеситель для смешения с асбестовой суспензией до загрузки цемента. Далее технологический процесс практически не отличается от обычного процесса производства.

Материалы из стекольных, минераловатных и керамических отходов. Основным направлением утилизации стеклянного боя является возврат его в технологический процесс производства стекла.

До поступления в стекловаренные печи стеклобой освобождается от металлических включений, обрабатывается в моечном барабане и сортируется. Себестоимость стекломассы из стеклобоя в среднем в 6 раз ниже, чем из кварцевого песка.

Стеклобой может применяться с целью экономии дефицитных сырьевых материалов шихты в производстве штапельного тепло- и звукоизоляционного стекловолокна. Использование 1 тыс.т стеклобоя в производстве стеклоизделий высвобождает 1,25 тыс. т кондиционного сырья.

Из отходов листового оконного стекла получают стеклянную эмалированную плитку. При этом стекло режут на плитки размером 150x150 или 150x75 мм, покрывают эмалью и направляют в печь. Эмаль изготавливают из титановых руд с добавкой керамических красок. При температуре 750—800 °С эмаль расплавляется и спекается с поверхностью стекла.

Из порошка стекольного боя с газообразователями спеканием при 800—900 °С получают один из наиболее эффективных теплоизоляционных материалов — пеностекло. Плиты и блоки из пеностекла имеют среднюю плотность 100—300 кг/м3, теплопроводность — 0,09— 0,1 Вт/(м • °С) и предел прочности на сжатие — 0,5—3 МПа. При одинаковой средней плотности пеностекло почти в 3 раза прочнее ячеистого бетона. Оно хорошо пилится, сверлится и шлифуется, обладает высокой водо- и морозостойкостью. У пеностекла обычного состава температуростойкость составляет 300—400 °С, а у бесщелочного — 800—1000 °С. Этот материал можно применять как теплоизоляционный для тепловых сетей при их бесканальной прокладке, в конструкциях холодильников, судах-рефрижераторах, химических фильтрах.

На основе боя тарного и строительного стекла разработан новый вид пористого заполнителя — гранулированное пеностекло. Расход условного топлива на производство 1 м3 этого материала составляет примерно 60 кг, что почти в 2 раза меньше, чем на производство керамзита.

Технологический процесс производства гранулированного пеностекла заключается в следующем. Стеклобой промывают, удаляют из него металлические включения, дробят до частиц, не превышающих 25 мм, а затем направляют на совместный помол и перемешивание с газообразователем и карбоксиметилцеллюлозой. Помол производится до удельной поверхности 5000 см2Д. Тонкомолотую сырьевую смесь увлажняют в двухвальном лопастном смесителе до влажности 10—12% и гранулируют на тарельчатом грануляторе, куда дополнительно подают воду. Конечная влажность гранулируемой смеси 23—25%. После грануляции окатыши поступают на вибросито, где происходит отделение гранул размером более 15 и менее 5 мм. Нестандартные гранулы по конвейеру возвращаются в двухвальную лопастную мешалку. Сырые сырцовые гранулы размером 5—15 мм ленточным питателем подаются в короткий вращающийся барабан для опудривания огнеупорным порошком. Опудренные сырцовые гранулы поступают на конвейерную ленточную сушилку, где происходят их сушка и упрочнение. Температура в конвейерной ленточной сушилке должна быть 150 °С.

Высушенные сырцовые гранулы тарельчатым питателем подаются во вращающуюся печь для вспенивания и обжига. Обжиг производится при температуре 750—800 °С и продолжительности пребывания гранул в печи 7—9 мин. Обожженные гранулы направляются в ленточно-сетчатую печь для отжига и охлаждения. Охлажденное гранулированное пеностекло загружается в бункер готовой продукции. При необходимости осуществляется фракционирование гранул на вибросите.

Основные свойства гранулированного пеностекла: насыпная плотность — 150—220 кг/м3; предел прочности при сжатии в цилиндре 0,6—1,1 МПа; минимальный размер гранул — 10 мм, максимальный — 30 мм; водопоглощение через 24 ч — 5%; теплопроводность в насыпи — 0,067—0,072 Вт/(м • °С). Пеностекло морозо-, водо- и биостойко, не подвержено силикатному, железистому и известковому распадам. Оно может быть использовано вместо керамзитового гравия для производства теплоизоляционных легкобетонных плит, которыми изолируют покрытия производственных зданий, овощехранилищ и других помещений. Гранулированное пеностекло эффективно также в качестве наполнителя пенопластов.

На раде предприятий освоено производство декоративных материалов типа стеклокремнезита, получаемых на основе использования практически всех видов стеклобоя и кремнеземистых отходов промышленности.

Стеклокремнезит представляет собой трехслойный плиточный материал, нижний слой которого состоит из омоноличенного кварцевого песка с развитой шероховатой поверхностью; средний — из смеси кварцевого песка и стеклобоя, который при термообработке превращается в частично закристаллизованный стеклообразный материал; верхний лицевой слой, подвергнутый огневой полировке, получают из цветного стеклобоя с различными добавками — оксидами металлов.

Наряду с кварцевым песком и стеклобоем в состав смеси для среднего слоя могут быть введены другие кремнеземистые отходы промышленности (золы, шлаки и др.).

На основе стеклобоя разработана технология бесцементного стек-лобетона, отличающегося высокой стойкостью к действию кислот и щелочей. Технология его получения включает помол сырья, приготовление сырьевой смеси, формование изделий и автоклавную обработку. В процессе автоклавной обработки таких бетонов образуется цементирующая связка, включающая низкоосновные щелочные гидросиликаты, низкотемпературный кварц и кристобалит. Активность стекольного вяжущего автоклавного твердения существенно возрастает при уменьшении водовяжущего отношения и увеличении удельной поверхности. Наиболее рациональным является помол стеклобоя до удельной поверхности 4000—4500 см2Д.

В смеси с пластичными глинами стекольный бой может служить основным компонентом керамических масс. Изделия из таких масс изготавливают по полусухой технологии, их отличает высокая механическая прочность. Введение стекольного боя в керамическую массу снижает температуру обжига и повышает производительность печей.

Выпускают стеклокерамические плитки из шихты, включающей 10—70% боя стекла, измельченного в шаровой мельнице. Массу увлажняют до 5—7%. Плитки прессуют, сушат и обжигают при 750— 1000 °С. Водопоглощение плиток составляет не более 6%, морозостойкость — более 50 циклов.

Битое стекло применяют также как декоративный материал в цветных штукатурках, а молотые стекольные отходы можно использовать как присыпку по масляной краске, абразив — для изготовления наждачной бумаги и как компонент глазурей.

В керамическом производстве отходы возникают на различных стадиях технологического процесса. Сушильный брак после необходимого измельчения служит добавкой для снижения влажности исходной шихты. Бой глиняного кирпича используется после дробления как щебень в общестроительных работах и при изготовлении бетона.

Кирпичный щебень имеет насыпную плотность 800—900 кг/м3, на нем можно получать бетоны средней плотностью 1800—2000 кг/м3, т. е. на 20% легче, чем на обычных тяжелых заполнителях. Применение кирпичного щебня эффективно для изготовления крупнопористых бетонных блоков средней плотностью до 1400 кг/м3.

Очажные остатки используются при изготовлении бетонных блоков и как гидравлические добавки.

В производстве фасадной керамики, облицовочных фаянсовых плиток, санитарно-строительных изделий бой применяют в составе керамических шихт как шамот или «череп» для обогащения масс и улучшения свойств готовой продукции.

Значительное количество отходов в виде недожога образуется при получении аглопорита. Недожог возвращают на спекательные машины, что способствует повышению газопроницаемости шихты, а также улучшению процесса агломерации структуры аглопорита и его качества.

Отходы в виде пыли образуются при обжиге керамзитового гравия. Эта пыль может использоваться как отощающий компонент керамических масс.

При затворении керамзитовой пыли щелочными растворами она, как и другие алюмосиликатные материалы, приобретает способность твердеть и формировать искусственный камень, что может быть использовано при получении строительных изделий.

В промышленности минераловатного производства образуется значительное количество отходов в виде «королька» и некондиционного минерального волокна.

Эти отходы в значительной мере утилизируются возвращением их в печь для получения минерального расплава, что позволяет снизить удельный расход сырья на 15—20%. Значительная часть отходов направляется в отвалы.

Отходы минераловатного производства содержат частицы «королька» размером 0,1—5 мм, агрегаты и свары размером до 800 мм. Химический состав отходов (% масс): Si02 — 42—45, А1203 — 12,5—14, Fe203 - 10-13, СаО - 22-25, Ti02 - 0,8-0,9, MgO - 3,5-3,9, Na20 - 1,8-2,0, K20 - 1,2-1,3.

Отходы минераловатного производства можно использовать для получения стеновых блоков. Применительно к бетонам на отходах производства базальтовой ваты, экспериментально установлено, что более эффективно применение гипсосодержащих вяжущих. Это обусловлено их способностью обеспечивать плотные контактные структуры со стекловидным заполнителем. Стекловидная структура поверхности королька является причиной низкой прочности бетонов на цементном вяжущем.

С целью повышения прочности бетона исследовано влияние наполнения бетонной смеси тонкодисперсными компонентами. В качестве наполнителей применялись базальтовая пыль-унос — отходы дробления базальтовой породы и цементная пыль. В бетонах на отходах минераловатного производства введение наполнителя не только улучшает микроструктуру цементного камня за счет раздвижки зерен цемента, но повышает сцепление новообразований с заполнителем. Базальтовая пыль-унос, обладая химическим сродством с заполнителем, обеспечивает адгезию цементного вяжущего к стеклофазе, снижает объемную деформацию и напряжение на границе поверхности заполнителя и цементного камня. Цементная пыль печей содержит растворимые щелочи, которые химически взаимодействуют с поверхностью стеклофазы заполнителя с образованием соединений, способствующих сцеплению с цементным камнем в ранние и поздние сроки твердения бетона.

Стекловидные отходы минераловатного производства после измельчения обладают способностью твердеть при затворении щелочным раствором. На основе таких вяжущих и различных заполнителей, в том числе полученных из спекшихся отходов минераловатного производства, можно также изготавливать стеновые, теплоизоляционные и другие изделия.