Тюменский государственный архитектурно-строительный университет (г. Тюмень)

Эта статья опубликована сборнике научных трудов "Фундаментальные науки и практика" с материалами Третьей Международной Телеконференции "Проблемы и перспективы современной медицины, биологии и экологии" - Том 1 - №4. - Томск - 2010.

 

Техногенные продукты и отходы промышленности в большинстве своем являются многокомпонентными и неоднородными по составу системами. В связи с этим особое внимание следует уделять крупнотоннажным побочным продуктам и отходам стабильного химического и минералогического состава.
Наибольший интерес представляют шламы химводоочистки (ШХВО) тепловых электростанций, хранящиеся в огромных количествах в шламонакопителях или на промышленных свалках.
Для большинства предприятий подобные отходы представляют большую экологическую проблему, а потому утилизация шламов водоочистки является первоочередной задачей.
Таким образом, исследования возможности использования шламовых отходов в качестве сырьевой базы для получения строительных материалов становятся актуальными, поскольку позволяют комплексно решать проблему повышения эффективности и качества строительного производства и снижать экологический ущерб окружающей среде.
Шламы водоочистки содержат комплекс неорганических солей и органические примеси и в зависимости от их состава подразделяются на гипсовые, известково-гипсовые, гипсо-карбонатные, известково-гипсо-карбонатные, а также подобные им шламы более сложного состава.
По размеру частиц минеральные шламы представляют собой гетерогенные коллоидные дисперсные системы, в которых твердой фазой являются тонкодисперсный гипс, гидроксид или карбонат кальция, а также растворимые и малорастворимые соли кальция, натрия, калия и гидроксиды металлов.
Анализ химического состава и физических свойств шламов водоочистки позволяют сделать предположение о возможности их применения в качестве активаторов твердения и наполнителей цементных композиций.
Исследованиями кафедры «автомобильных дорог и аэродромов» ТюмГАСУ установлена возможность применения добавки ШХВО при укреплении грунтов. В частности, введение до 10-30% отходов химводоочистки ТЭЦ повышают прочность и водостойкость цементогрунта, загрязняющие компоненты отходов при этом связываются в структуре консолидированной массы.
В опыте по оценке влияния ШХВО на физико-механические показатели строительного композиционного материала на основе намывных песков, вяжущих и отходов применялись мелкие и пылеватые пески (ГОСТ 25100-95) из штабеля гидронамыва карьера «Андреевский», с естественной влажностью 4-6%; портландцемент М-400 Сухоложского завода (ГОСТ 10178-85) и шлам ХВО (интегральная проба) из накопителя Тюменской ТЭЦ-2.
На первом этапе экспериментов для подтверждения возможности и эффективности применения ШХВО испытывались 2 серии композиций:
I    - контрольная серия цементогрунта по ГОСТ 23558-94, содержащая 12% цемента от веса песка
II    - композиция, содержащая грунт, 35% ШХВО (по сухому остатку) и тоже количество вяжущего, а также добавку «Никофлок».
Из приготовленных при оптимальной влажности смесей формовались образцы-цилиндры 5x5 см с использованием малого прибора Союздорнии и гидравлического пресса. Затем часть свежеприготовленных образцов отправлялась на эколого-токсикологические исследования, основное количество (не менее 24 штук) - помещались в эксикатор для набора прочности в воздушно-влажных условиях.
Испытания образцов производились через 14 и 28 суток выдержки, и водонасыщения в течение 48 часов (первые 6 часов - погружения на 1/3, затем - полностью) по ГОСТ 23558-94 и ГОСТ 10180-90.
Взвешенные до и после водонасыщения образцы испытывались на прочность при сжатии на гидравлическом прессе.

Основные результаты эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты испытаний цементогрунта

 

 

№ серии	Кол-во образцов	14 суток			28 суток
		В,%	Rсж, МПа	дов. интерв.	В,%	Rсж, МПа	дов. интерв.
I контроль	9+9	9,5	1,92	+/-0,19	7,4	3,21	+/-0,27
II композиция	9+9	4,5	2,45	+/-0,24	3,3	4,03	+/-0,34

Примечание: В - водопоглощение по массе; Rсж - прочность при сжатии.

Таким образом, при одинаковом количестве вяжущего прочность композиции (14 суток) с ШХВО достоверно увеличивается на 28%. Водопоглощение снижается более чем в 2 раза.
Данные результаты подтверждают эффективность применения добавки «Никофлок» при утилизации ШХВО Тюменской ТЭЦ-2.
Эти данные свидетельствуют о повышении технико-экономических показателей применения укрепленных грунтов в конструкциях одежд дорог и производственных площадок.
Испытания стандартных 28 суточных образцов позволили определить марку материала по ГОСТ 23558-94:1 серия - М 20; II серия - М 40.
Анализ результатов эксперимента показывает так же, что важное значение для прочности и водостойкости имеет степень уплотнения материала: при увеличении плотности образцов КМ с 1,9 до 2,0 г/см (при уплотнении на прессе) прирост прочности составлял до 50% от первоначальной, получаемой при стандартном уплотнении, водонасыщение снизилось до 1-3%.
Выполненный на данном этапе работы поисковый эксперимент является первичным в серии запланированных опытов по подбору оптимальных составов композиций на основе грунтов, вяжущих, ШХВО, которые по состоянию на 15.04.2010 г. продолжаются и имеют целью:
- подбор составов материалов при минимизации расхода цемента и стоимости утилизации ШХВО, назначение марок укрепленных грунтов;
- выбор наиболее эффективных микродобавок («Никофлок» и др.) для повышения прочности, технико-экономических и экологических показателей;
- определение свойств композиций в длительных и сложных опытах (морозостойкость, водостойкость, коэффициент фильтрации, деформационные характеристики - модуль упругости, коэффициент Пуассона).
- дополнительно проводятся исследования по получению строительных грунтов без вяжущих, а так же рекультивационных почвенных смесей с ШХВО.
Вегетационные опыты по проращиванию овса и пшеницы в грунтовых смесях с ШХВО показали низкую фитотоксичность отходов Тюменской ТЭЦ-2, всходы на смесях с ШХВО не уступают растениям на чистых почвах и превосходят стандартные торфо-песчаные смеси.
Выводы. На основе проведенных лабораторных опытов получены рациональные составы композиций на основе ШХВО, разработаны и согласованы ТУ 5745-003-7203162698 «Грунтобетон на основе шламов химводоочистки ОАО «Фортум».
Перспективными являются исследования по получению рекультивационных почвенных смесей с добавкой ШХВО, а так же строительных грунтов на основе песка и ЩХВО.