Введение к работе
Актуальность
Ежегодно в ОАО «РЖД» выводится из производственного использования около 5,5 миллионов штук шпал, непригодных к повторной укладке в путь. В настоящее время действует производство по сжиганию отработанных деревянных шпал на станции Тагул Восточно-Сибирской железной дороги. При их сжигании образуется летучая зола, опасная для окружающей среды.
Экологической стратегией ОАО «РЖД» на период до 2015г и на перспективу до 2030 года предусматривается вовлечение отходов в хозяйственный оборот в качестве источников вторичного сырья и материалов. К таким отходам может быть отнесена зола от сжигания отработанных деревянных шпал.
Известны примеры использования золы от сжигания угля на практике в качестве частичной замены цемента в составе тампонажных растворов для заблочного и затрубного пространства коллекторных тоннелей. Однако их применение носит ограниченный характер, обусловленный непостоянством состава золы, который в целом зависит от вида и качества добываемого сырья.
Цемент является основной составляющей в композитных системах, применяемых в транспортном строительстве при закреплении грунтов. Наряду с цементом в их состав входят бентонит и жидкое стекло. Зола от сжигания шпал является ценным компонентом, который после снижения токсичности может использоваться в качестве частичной замены цемента в композитной системе.
Наиболее выгодным решением было бы такое, которое позволит обеспечить получение экологически безопасного состава, для использования его в транспортном строительстве.
Цель її задачи работы
Целью работы является разработка технологии утилизации золы от сжигания шпал, путем использования ее в композитных системах при строительстве и эксплуатации объектов транспортной инфраструктуры.
Для достижения поставленной цели в рамках настоящего исследования решались следующие задачи:
1. Исследовать физико-химические свойства и токсичность золы от сжигания шпал.
-
Произвести комплексный анализ реологических и сорбционных свойств отечественных и зарубежных бентонитов - основного компонента композитных систем.
-
Изучить структурно-механические свойства композитных растворов с частичной заменой в их составе цемента золой от сжигания шпал.
-
Определить состав композитных систем, экспериментально и практически доказать их экологическую безопасность для окружающей среды.
-
Разработать технологию получения и провести промышленную апробацию новой композитной системы при строительстве и эксплуатации объектов инфраструктуры транспорта.
Методы исследований
В работе использовали современные методы определения химического и минералогического состава золы и других компонентов композитного раствора, включающих рентгенофлюоресцентный и рентгеноструктурный анализ, растровую электронную микроскопию с микрозондовой приставкой, просвечивающуюся электронную микроскопию с микрозондовой приставкой и микродифракцией. Токсичность золы и композитного состава определяли на проростках зерновых культурах. Для количественного описания экспериментальных данных использовали реологические и стандартные методы испытаний.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
Достоверность, приведенных в диссертации, научных положений, выводов и рекомендаций базируется на соответствующих экспериментальных результатах, полученных автором и другими исследователями, а также данных комплексных производственных испытаний.
Научная новизна:
впервые определен химический и минералогический состав золы от сжигания шпал;
впервые разработана рецептура композитного раствора с заменой части цемента золой от сжигания шпал со стабильно высоким уровнем экспериментальных свойств. Методом просвечивающейся электронной микроскопии с микрозондовой приставкой и микродифракцией доказано, что добавление золы в цементно - бентонитовую маСсу позволяет полностью заполнить микротрещины цементного камня;
впервые комплексными исследованиями доказана экологическая безопасность предлагаемой технологии и рецептуры композитных растворов, а именно:
проведена оценка миграции тяжелых металлов из золы методом проращивания зерен пшеницы;
исследована фитотоксичность и агроэкологическая оценка композитной системы содержащей золу от сжигания шпал; проведены промышленные испытания при строительстве и эксплуатации Казанского метрополитена и определена технико-экономическая эффективность применения золы от сжигания шпал. Практическая ценность и внедрение результатов работы Разработана технология и рецептура композитного раствора с заменой 20% цемента золой от сжигания шпал. Производственные испытания были проведены при строительстве Казанского метрополитена. В период с июня 2009г. по декабрь 2010г. при проведении работ по сооружению людских соединительных сбоек (ЛСС) на перегоне между станциями «Кремлевская» и «Козья слобода» Казанского Метрополитена был использован композитный раствор с 20% замены цемента золой от сжигания шпал. По результатам исследований установлено, что разработанная рецептура позволила сэкономить 222,42 т. цемента и получить экономию в сумме 491,2 тыс. руб. При этом повысилось качество закрепленного, методом' струйной цементации, грунтового массива за счет улучшенной проникаемости раствора в структуру грунта.
Апробация работы
Основные положения работы докладывались и были одобрены на научных конференциях и сетевом совещании руководителей природоохранных подразделений железных дорог:
Межвузовская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экономической и социально-экологической безопасности Поволжского региона» (Москва, 2008);
II Межвузовская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экономической и социально-экологической безопасности Поволжского региона» (Москва, 2009);
III Межвузовская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экономической и социально-экологической безопасности Поволжского региона» (Москва, 2010);
-
Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы безопасности жизнедеятельности промышленной экологии» (Ульяновск, 2010);
-
Межвузовская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экономической и социально-экологической безопасности Поволжского региона» (Казань, 2011);
Сетевое совещание руководителей природоохранных подразделений железных дорог «Проблемы комплексной утилизации отходов и пути их решения» (Калининград, 2011)
Публикации
По материалам диссертационной работы опубликовано 8 статей (из них две статьи - в издании, определённом ВАК Министерства образования и науки России).
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы составляет 135 страниц машинописного текста, включая 22 таблицы, 50 рисунков и приложения на 21 странице. Библиографический список включает 159 наименований.
