ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

THE USE OF INDUSTRIAL WASTE IN CONSTRUCTION

Matvei Kopylov

student, Department of Highways, Bridges and Tunnels, Kazan State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Kazan

Sergey Stepanov

scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Director of the Institute of Construction, Kazan State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Kazan

Olga Petropavlovsk

scientific supervisor, Senior Lecturer of the Department of Highways, Bridges and Tunnels, Kazan State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

В России вопрос утилизации промышленных отходов стоит особенно остро. Анализ, представленный в статье, показывает, что ежегодно объемы таких отходов увеличиваются на 10-20%. Одним из эффективных способов их утилизации является использование отходов в производстве строительных материалов, что зачастую не требует специальной подготовки отходов для применения в качестве сырьевого компонента. В статье представлены результаты исследования влияния пыли газоочистки дуговой электросталеплавильной печи металлургических предприятий на свойства цементных систем, а также оценивается возможность использования данного вида промышленного отхода в качестве компонента комплексного модификатора бетонов. Испытание технологических свойств цементного теста, прочностных показателей цементного камня и мелкозернистого бетона проводится по стандартным методикам.

ABSTRACT

In Russia, the issue of industrial waste disposal is particularly acute. The analysis presented in the article shows that the volume of such waste increases by 10-20% annually. One of the most effective ways of their disposal is the use of waste in the production of building materials, which often does not require special preparation of waste for use as a raw material component. The article presents the results of a study of the effect of gas purification dust from an electric arc furnace of metallurgical enterprises on the properties of cement systems, and also assesses the possibility of using this type of industrial waste as a component of a complex concrete modifier. The testing of the technological properties of cement paste, strength parameters of cement stone and fine-grained concrete is carried out according to standard methods.

Ключевые слова: бетон; прочность; цемент; промышленные отходы; утилизация; химические добавки.

Keywords: concrete; strength; cement; industrial waste; recycling; chemical additives.

 1. Введение

В последние годы в Российской Федерации происходит значительное увеличение количества образуемых промышленных отходов [1-4]. Согласно исследованиям, российские предприятия в 2022 году сгенерировали рекордные 9,02 млрд. тонн отходов, что на 6,3% превышает показатель 2021 года и на 22,8% показатели 2020 года.

Рисунок 1. Образование отходов предприятий по годам, 2002 - 2022 гг., млрд. т

В настоящее время утилизируется очень мало отходов. Перерабатывается всего 5-7 % отходов, остальное либо захоранивается, либо находится в отвалах. Национальный проект «Экология» предусматривает, что в 2024 году должно перерабатываться 36 % отходов [5-8].

Существуют способы извлечения ценных металлов и веществ из промышленных отходов и их использования в народном хозяйстве.

Одним из наиболее перспективных способов утилизации промышленных отходов является их применение в качестве сырьевых компонентов при производстве строительных материалов, в частности в цементных системах [9]. Бетон является самым распространенным видом строительного материала. Общий объем производства бетона и железобетона составляет по разным источникам от 3 до 10 млрд. м3 в год.

Целью настоящего исследования является рассмотрение возможности применения пыли газоочистки металлургических предприятий в качестве компонента замедлителя твердения цементных бетонов.

2. Материалы и методы

Пыль газоочистки дуговой электросталеплавильной печи, представляет собой высокодисперсный сухой порошкообразный материал (рис. 2).

Рис. 2. Внешний вид пыли газоочистки дуговой электросталеплавильной печи

Истинную плотность бетона  г/ , вычисляют по формуле:

=                                                                      (1)

где  - масса высушенной навески, г; -  масса остатка навески, г;  - объем воды, вытесненной навеской, равный 20

Расхождение между результатами двух испытаний не должно быть более 0,02 г/ .

В случае больших расхождений проводят третье испытание и принимают для расчета два ближайших результата.

За конечный результат ускоренного определения истинной плотности принимают среднеарифметическое значение двух параллельных испытаний.

Так как материал получился плотный, следующая проверка была на наличие металлических частиц. Определяли наличие металлических частиц с помощью магнита в лабораторных условиях.

Проводились испытания на определение нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста.

Проверялось влияние пыли газоочистки на прочность цементного камня по ГОСТ 310.4-81 «Цементы. Методы определения прочности при изгибе и сжатии».

Рисунок 3. Прибор Ле-Шателье

3. Результаты и обсуждение

Истинная плотность пыли газоочистки составляет 4,19 г/см³, при этом содержание металлических частиц достигает 40%. Пыль представляет собой высокодисперсный сухой порошок, что исключает необходимость её предварительной подготовки перед использованием.

Пыль газоочистки вводилась в цементную смесь в дозировках 1%, 3% и 5% от массы цемента. После этого проводились измерения основных технологических и физико-механических свойств смеси и камня.

Таблица 3

Нормальная густота и сроки схватывания цементного теста.

Из таблицы видно, что добавление пыли увеличивает водопотребность цементного теста. При введении 5% пыли нормальная густота цементного теста увеличивается на 10%, что может негативно сказаться на прочностных характеристиках цементного камня и бетона. Поэтому целесообразно использовать пыль газоочистки вместе с суперпластификаторами, чтобы компенсировать этот эффект. Введение пыли также значительно увеличивает сроки схватывания цементного теста: при дозировке 5% начало схватывания увеличивается до 5 часов 30 минут, а конец схватывания до 7 часов 30 минут. Это положительно влияет на сохраняемость подвижности бетонной смеси и позволяет увеличить радиус доставки бетона до строительного объекта.

Следующим этапом исследования было изучение влияния пыли на прочность цементного камня.

Рисунок 4. Прочность цементного камня

Из рис. 4 видно, что введение пыли газоочистки увеличивает прочность цементного камня на всех сроках твердения. Было проведено сравнение различных добавок в составе цементного камня, таких как цемент, цемент с пылью газоочистки, цемент с микро кремнеземом, и цемент с метакаолином.

4. Заключение

1. Установлена эффективность использования пыли газоочистки дуговой электросталеплавильной печи в качестве замедлителя твердения цементных бетонов.
2. Введение 5% пыли от массы цемента увеличивает сроки схватывания: начало до 5 часов 30 минут, конец до 7 часов 30 минут.
3. Введение 1% пыли от массы цемента позволяет увеличить прочность цементного камня в марочном возрасте на 10% по сравнению с составом без пыли.
4. Благодаря значительному замедлению твердения цементного бетона в присутствии пыли газоочистки уменьшается экзотермический эффект, что позволяет исключить появление "холодных" швов в процессе бетонирования и обеспечить полную монолитность конструкции.

Список литературы:

1. Алеева Э.Р., Агадуллина А.Х. Промышленные отходы электростанции // Обращение с отходами: современное состояние и перспективы: сб. тр. конф.. Уфа – 2018. – С. 114-117.
2. Федотова В.П., Гришкевич М.С. Промышленные отходы – перспективные способы использования // Новые идеи в науках о земле: сб. тр. конф.. – М, 2019. – С. 395-396.
3. Золотарев, В.А., Козлов, И.П. (2021). Экологические аспекты применения металлургических отходов в строительстве. ЭкоТех, 7(2), 78-85.
4. Воздействие строительно-монтажных работ при возведении автодорожных мостов на состояние водных биологических ресурсов / О. К. Петропавловских, Л. Р. Абдуллина // Техника и технология транспорта. – 2022. – № 2(25). – EDNFUWQXQ.
5. Федотов, Н.И., Павлов, Д.Е. (2020). Влияние отходов металлургической промышленности на свойства цементных композитов. Материалы и конструкции, 5(1), 22-29.
6. Чинцов, А.В., Смирнов, М.В. (2019). Использование промышленных отходов в строительных материалах. Журнал строительных наук, 12(4), 45-53.
7. Петров, С.Г., Анисимов, К.М. (2022). Использование отходов металлургии в бетонных конструкциях. Научно-технический вестник, 9(3), 105-112.
8. Кривошеев, В.П., Беляев, Ю.Н. (2023). Переработка и утилизация промышленных отходов: современный подход. Химия и химическая технология, 10(4), 133-140.
9. Управление проектами при строительстве искусственных сооружений / О. К. Петропавловских, О. А. Логинова, Д. Р. Апакова [и др.] // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – 2019. – № 2(48). – С. 290-299. – EDNYEYUJG.
10. Национальный проект «Экология». (2018). План мероприятий по переработке промышленных отходов. Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации.
11. Сидоров, А.Л., Васильев, П.И. (2023). Модификация цементных систем промышленными отходами. Журнал инновационных технологий, 15(2), 91-98.
12. Смирнова, Е.Н., Захаров, П.В. (2022). Применение отходов металлургического производства в строительстве автомобильных дорог. Дороги и мосты, 6(1), 49-56.