Экология бетона и использование вторичных ресурсов

 

     

     Рис.1. Гидравлический молот НМ 900 

     

     Рис.2. Гидравлический молот ТЕХ 200 Н 

     Стоит обратить внимание, что для разрезки бетонных полос в фирмах "Кристенсен", США, "Макс Рот", ФРГ, использовались машины для распиливания бетона. На рис. 3 показана одна из таких машин. Однако в целом они не нашли комплексного применения для полной утилизации бетона и железобетона. 

     

     Рис. 3 Машина СК ЗОЕ с электроприводом  для резания бетона и железобетона фирмы "Кристенсен" (США) 

     Давление  сжатого воздуха Мпа - 0,7

     Частота вращения двигателя, о6\с - 27

     Максимальный  диаметр алмазного круга, мм - 900

     Максимальная  глубина резания, мм - 380

     Диаметр рабочего вала, мм - 35

     Габариты, мм:

     Длина - 530

     Ширина - 450

     Высота - 700

     Масса, кг - 42

     Длина направляющих, мм - 1200 и 600

     Расход  охлаждающей жидкости, л - 1500

     При разработке отечественного оборудования для дробления бетона был выбран способ давления с помощью рычажного  пресса. Преимущества такой схемы  по величине давления разрушения представлены на рис. 4. Величина давления по сравнению с ударной нагрузкой примерно в 2 раза меньше. 

     

     Рис. 4. Зависимость между напряжением s и деформацией е при различных скоростях нагружения: I, II, III, IV - возрастающие значения скоростей деформирования. 

     А как следует из схемы разрушения, показанной на рис. 5, происходит довольно равномерное отделение бетона от арматуры вследствие медленного (ползучего) разрушения контактной зоны между арматурой и бетоном [5]. 

     

     Рис.5. Схема загружения бетонных и железобетонных изделий при разрушении: а, в - схемы  положения нагрузок; б, г - схемы разрушения бетона и железобетона. 

     По  такому принципу были запроектированы  установки по первичному дроблению  бетона, как для плоских изделий, так и для колонн и ригелей. В таблице 3 представлены основные технические  характеристики установок для дробления некондиционных или отслуживших свой срок разрушенных железобетонных изделий. 

     Таблица 3

     Техническая характеристика установок первичного дробления некондиционного бетона

Показатель С передвижным  гидравлическим составом Со стационарным гидравлическим прессом УПН 24-3,5-0,6 УПН 12-3,5-0,6 УПН 10-2-0,6 УПН 7(12)-3-0,6        Производительность, м3/ч, при переработке:        Бетонных  отходов 10 10 8 8        Фракция дробленого материала, мм 0-250 0-250 0-250 0-250        Установленная мощность, кВт, при разрушающем усилии пресса 2000 кН 87,5 87 79,5 79,5        Габариты  установки, м                Длина 32,4 24,5 25.3 20,7        Высота 6,2 6,2 4,1 4,1        Масса установки, т 141,5 100 71,5          В т.ч. масса обслуживающих площадок и металлоконструкций 25 20 15 12

 

     На  рис. 6 представлена одна из отечественных установок на комбинате КЖБК-2 (бывшего московского главка "Главмоспромстройматериалов"). 

     

     Рис. 6. Установка первичного дробления  УПН 12-3,5-1,5 на заводе ЖБИ-7 Главмоспромстройматериалов. 

     Технологическая линия по производству фракционированного вторичного заполнителя может быть мобильной и быть гибко вписана  в любом межцелевом промежутке завода железобетонных изделий (рис.7). 

     

 

     Исследования  последних лет, выполненные в  НИИЖБе, МХТИ им. Д. И. Менделеева и МолдНИИстройпроекте, показали, что производство щебня  из бетонолома - не самый эффективный  способ использования вторичного бетона. Возможна плановая регенерация растворной части или в целом керамзитобетонов, суть которой - в тепловом ограниченном воздействии и создании CAO SiO2 на основе раздробленных фракций бетонолома диаметром 50-70 мм.

     В качестве объектов исследования были выбраны следующие материалы:

     бетонолом из керамзитобетона классов В5; В10; В30;

     бетонолом из карамзитобетона класса В22,5.

     Оптимизация режимов обжига бетонолома класса В5 и удельной поверхности вяжущего на его основе осуществлялась при температурах 500, 650, 800°С с интервалами по времени от 30 до 90 минут. Результаты оптимизации температуры обжига бетонолома и удельной поверхности вяжущего на его основе приведены в табл.4. В таблице 4 представлены основные результаты для температур обжига 500, 650 и 800°С. 

     Таблица 4

     Пределы прочности растворов при сжатии и изгибе на вяжущих, полученных из бетонолома класса В5 при различных  режимах обжига и удельной поверхности  вяжущего

Температура обжига в градусах Цельсия Время обжига, мин. Удельная  поверхность, S, см2/г Кол-во Воды мл Расплыв конуса, мм Прочность растворa R, МПа изгибе сжатии 500 60 3922 235 110 1,34 3,79 500 60 6066 232 110 2,04 5,94 500 60 8009 226 109 2,39 7,42 650 90 4100 235 107 1,84 6,4 650 90 6000 232 109 2,09 8,34 650 90 8035 218 109 2,41 10,03 650 60 4080 230 108 2,09 5,72 650 60 6010 236 107 2,32 8,2 650 60 8144 226 108 2,46 11,3 650 30 4000 233 109 1,96 7.31 650 30 6100 233 109 2,05 7,43 650 30 8020 229 109 2,3 9,22 800 60 4080 225 108 2,25 6,54 800 60 8000 220 109 3,73 9,4 800 60 6080 223 109 2,65 8,28

 

     Анализ  результатов эксперимента показывает, что при постоянных параметрах температуры  и продолжительности обжига на рост активности регенерированного вяжущего существенное влияние оказывает  увеличение удельной поверхности. Так, с изменением удельной поверхности в пределах 4000-8000 см2/г активность регенерированного вяжущего возросла в пределах 1,5-1,8 раза.

     Вторым  важным фактором, оказывающим воздействие  на повышение активности вяжущего, является температура обжига, способствующая более полному измельчению непрогидратированных зерен цемента. Так изменение температуры обжига бетонолома в пределах 500-650°С при постоянных параметрах времени обжига и удельной поверхности дает рост активности регенерированного вяжущего в 1,4 раза. Изменение прочности цементного камня при воздействии температуры обжига в интервале 500-650°С, связанное с процессом дегидратации и последующим охлаждением, заложено в основу технологического процесса отделения заполнителя от растворной части путем самоизмельчения.

     В процессе исследований установлены  следующие рациональные параметры  обжига и характеристики материалов:

     - размер фракции щебня из бетонолома  до - 70 мм;

     - температура обжига - 650°С;

     - продолжительность обжига - 60 минут;

     - удельная поверхность вяжущего - 6000 см2/г.

     Получение комплексного вяжущего и вяжущего из растворной части осуществлялось путем  помола предварительно обожженного  бетонолома при температуре 650°С и  доведением удельной поверхности до 6000 см2/г. Комплексное вяжущее получается при помоле всей массы бетона, а вяжущее из растворной части - после отделения крупного заполнителя и помола растворной части. Закономерность рациональных параметров получения регенерированных вяжущих наблюдается при использовании и других классов бетонолома. Результаты испытаний по определению предела прочности при сжатии и изгибе растворов на регенерированных вяжущих, полученных из различных классов бетонолома, приведены в табл. 5. 

     Таблица 5

     Пределы прочности растворов при сжатии и изгибе на регенерированных вяжущих, полученных из различных классов бетонолома с удельной поверхностью S = 7000 см²/г

Вид и класс исходного бетонолома Вид вяжущего Водо-вяжущее  отношение Расплыв конуса, мм Прочность раствора, R, МПа Изгиб Сжатие После ТВО 28 суток нормального  твердения После ТВО 28 суток нормально-го  твердения Керамзито-бетон  В5 Комплексное 0,41 107 1,3 2.8 4,7 5,2 Из  растворной части 0,42 109 1,8 3,4 6,2 8,7 Керамзито-бетон  В 10 Комплексное 0,41 107 2,6 3,6 11,4 12,6 Из  растворной части 0,41 107 3,1 3,8 16,2 18,7 Керамзито-бетон  В30 Комплексное 0,42 112 3,6 4,1 19,6 24,2 Аглопори-тобетон  В12,5 Комплексное 0,43 112 1,4 2,3 4,8 5,7 Аглопори-тобетон  В25 Комплексное 0,41 107 2,7 3,3 8,1 9,8 Из  растворной части 0,42 108 9,6 15,36 26,9 32,2

 

     Из  результатов, приведенных в таблице 5, видно, что активность регенерированного  вяжущего увеличивается с повышением класса исходного бетонолома. Увеличение активности регенерированного вяжущего вызвано изменением концентрации цемента  в плотном теле, которая находится в пределах от 15 до 30% для исследуемых классов бетона. Активность регенерированного вяжущего из растворной части в 1,5-1,7 раза выше активности комплексного вяжущего, полученного из одного и того же класса обожженного бетонолома. В отличие от вяжущего из растворной части, комплексное вяжущее характеризуется значительным содержанием активных минеральной и инертной добавок, которые образуются в процессе помола пористого заполнителя.

     Несомненно, что полученное регенерированное вяжущее, набирая предел прочности выше 30 МПа, будет эффективным особенно для растворов и поробетонов.

 

      ВЫВОД 

     Повсеместно доступный, технологичный и недорогой  материал – бетон – составляет в наши дни большую часть городской застройки. И в наступившем столетии, по всей видимости, бетону уготована та же роль в окружающих нас зданиях и сооружениях, причем не только на Земле, но и в космическом пространстве. По данным ученых, на Луне имеются все основные компоненты бетонной смеси — песок и вода. Те же компоненты являются целью поиска новых европейских и американских экспедиций на Марс. Комитет по лунному бетону уже давно создан в рамках Американского института бетона.

     Удовлетворяет ли бетон сегодняшним требованиям? С технической стороны – да. Его прочность и долговечность подтверждены постройками древнего Рима и нынешними башнями и мостами рекордных показателей. А с точки зрения эстетики? Уже прочно закрепился в мировой практике термин “архитектурный бетон”. Выразительные формы, высочайшее качество поверхностей, гармоничное сочетание палитры красок — вот формула его успеха.

     Бетон – материал, подсказанный человеку природой и служащий ее защите в течение веков. Его разумное применение прокладывает путь к экологически безопасному будущему последующих поколений на Земле.