Введение к работе
Актуальность
Одним из наиболее эффективных строительных материалов современного строительстваявляетсялегкийбетоннапорисп^кзаполшггелях Особую значимость данный материал приобретает в городах-мегаполисах, где растут этажность строящихся зданий и нагрузки на основание Замена массивных несущих, а в ряде случаев и ограждающих конструкций на конструкции из легкого бетона не только уменьшает напряженность основания, но существенно сокращает армирование и сечение особенно изгибаемых элементов зданий и сооружений Расчетами и практикой доказано, что в высотном строительстве, равно как и в мостостроении, замена тяжелого бетона на легкий позволяет получать экономию в денежном выражении в размере 25-35%.
В силу природных условий традиционным пористым заполнителем для России является керамзитовый гравий, который изготавливают из глинистого сырья Вместе с тем, в ведущих зарубежных странах уже с середины 70-х годов прошлого века строительство керамзитовых предприятий прекращено Строят только заводы, которые в качестве основного сырья используют различные топ-ливосодержащие отходы, в первую очередь, золы и шлаки тепловых электростанций, а также отходы угледобычи и углеобогащения Только в России ежегодный объем образования этих отходов составляет около 100 млн. т Производство пористых заполнителей из топливосодержащих отходов (зол и шлаков тепловых электростанций) в бывшем СССР также начинают осваивать с 70-х годов прошлого века. Разработаны и построены опытно-промышленные предприятия зольного гравия, глинозольного керамзита, зольного аглопоритового гравия Однако широкого распространения отмеченные технологии не получили Основная причина - низкое качество получаемого продукта Из пяти построенных в России продолжает работать только одна установка, на которой получают заполнитель из зол ТЭС, - завод зольного гравия в Кашире Московской области
Цель и задачи работы
Основная цель настоящей диссертационной работы - создать научные и практические основы получения высококачественных пористых заполнителей из топливосодержащих отходов
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.
изучить современное состояние производства пористых заполнителей из топливосодержащих отходов,
выявить причины низкой эффективности данного производства;
разработать общую методологию и частные методы исследования,
исследовать свойства топливосодержащих отходов промышленности,
исследовать влияние углерода и его соединений на свойства заполнителей,
исследовать влияние углерода на процессы формирования структуры пористых заполнителей,
разработать теоретические основы получения пористых заполнителей марок 300 и ниже;
- разработать теоретические основы получения высокопрочных порис
тых заполнителей,
- проверить экологическую безопасность разработанных технологий
Научная новизна работы
Определены оптимальные условия переработки исходных материалов, в том числе топливосодержащих, в керамические пасты и формования из них сырцовых гранул
Доказана отрицательная роль избытка углерода на качество пористого заполнителя и условия формирования структуры пористого заполнителя
Впервые подробно рассмотрены термодинамика, механизм и кинетика горения углерода в гранулах заполнителя при тепловой обработке
Доказано отрицательное влияние кристаллической фазы на свойства особо легких пористых заполнителей
Определены оптимальные технологические параметры получения пористых заполнителей марок 300 и ниже, в том числе изготавливаемых из отходов промышленности
Определены оптимальные технологические параметры получения пористых заполнителей марок по прочности П300 и выше, в том числе изготавливаемых из отходов промышленности.
Сформулированы технические требования к свойствам углеродсодер-жащих отходов, обеспечивающих эффективное получение пористых заполнителей при современном уровне развития техники
Установлена экологическая безопасность производства пористых заполнителей, изготавливаемых из топливосодержащих отходов промышленности
В г Тольятти с участием автора построена установка по производству шлакозита, принципиальная схема которой защищена патентом
Практическая значимость работы
В условиях возрождения и роста экономики страны все острее встают вопросы о путях развития строительного комплекса Грамотное, научно обоснованное решение этих вопросов возможно только при наличии полной и достоверной информации о свойствах, экономике, наличии сырьевой базы, экологической безопасности и самих материалов, и технологии их получения Настоящее научное исследование представляет собой своеобразное справочное пособие о свойствах и экономике производства пористых заполнителей из топливосодержащих отходов, которое можно использовать при выполнении маркетинговых исследований развития строительного комплекса того или иного региона страны, а также при разработке бизнес - планов строительства конкретных предприятий
Реализация работы
Результаты настоящих исследований были использованы при проектировании, строительстве и отладке технологии шлакозита на Тольяттинской ТЭЦ
В конце 80-х годов разработанные технологии пористого заполнителя из отходов угледобычи и углеобогащения были приняты межведомственной ко-
миссий, составленной из представителей бывших Минуглепрома СССР и Мин-стройматериалов СССР Разработаны технологический регламент, ТЭО и рабочие чертежи керамзитового завода с привязкой его к шахте «Интинская» (г Инта)
В середине 90-х годов разработана и сдана комиссии, включающей представителей Челябинского электрометаллургического комбината (ЧЭМК) - заказчика разработки, НИИЖБа, НИИКерамзита, технология получения пористого заполнителя из алюмосшшкатных отходов ЧЭМК Отходы содержат до 15% органических включений. Разработаны технологический регламент, ТЭО и рабочие чертежи завода керамзитового гравия Строительство завода намечено непосредственно на территории ЧЭМК
Автор принимал участие в отработке технологии получения высокопрочного пористого заполнителя в г Милуоки (США) на Милуокской ГРЭС Заполнитель получают из золошлаковых отходов тепловой гидроэлектростанции
Многие разработанные методики и нормативные требования к качеству пористых заполнителей вошли в действующие стандарты и технические условия на пористые заполнители Автор был активным участником и руководителем научных коллективов, разработавших последние, действующие стандарты на пористые заполнители, а именно ГОСТ 9759-90 «Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические условия» и ГОСТ 9758-86 «Заполнители пористые неорганические для строительных работ Методы испытания», а также инструкций, имевших и имеющих исключительное значение для создания и работы предприятий пористых заполнителей «Инструкции по производству керамзитового гравия», «Инструкции по текущему статистическому контролю качества керамзитового гравия в процессе его производства» и др
На защиту выносятся:
физико-химические основы фазовых превращений и реакций взаимодействия компонентов исходного топливосодержащего сырья, происходящих при нагреве сырцовых гранул,
особенности структурно-механических свойств керамических паст, включающих в себя углерод,
влияние углерода на свойства пористых заполнителей и параметры их производства,
математические модели процессов формирования структуры пористых заполнителей и уравнения, выражающие зависимость свойств пористых заполнителей от свойств исходных материалов и технологических параметров производства,
основные принципы получения пористых заполнителей заданного качества из топливосодержащих отходов промышленности;
результаты промышленной апробации технологии получения пористых заполнителей из топливосодержащих отходов промышленности,
эколого-экономическая концепция целесообразности развития пористых заполнителей на перспективу, преимущественно из топливосодержащих отходов промышленности
Вклад автора в разработку проблемы
Соискателю принадлежит идея эколого-экономической концепции развития пористых заполнителей из топливосодержащих отходов промышленности с доведением ее до практических результатов. Он разработал общую методологию и большую часть методов проведения экспериментов; принимал непосредственное участие в проведении как лабораторных, так и промышленных экспериментов, производил обработку результатов наблюдений и их анализ с применением методов математической статистики; самостоятельно выполнил большую часть термодинамических расчетов с определением энергии Гиббса и коэффициентов выхода конечных продуктов реакций; разработал принципиально новую концепцию фазовых превращений, происходящих в алюмосиликатных материалах при их нагреве и вспучивании
Апробация работы
Результаты работы докладывались на научно-технических конференциях и семинарах по проблемам легких бетонов и заполнителей для них, которые проводились в городах Москва (1969,1970,1972,1977, 1978, 1980,1982,1983, 1986,2005 г.г), Пенза(1969,1982,1984,2004 г.г.), Куйбышев-Самара (1971,1972, 1973,2001,2002,2003,2004, 2005,2006,2007 гг), Ташкент(1969 г),Рига(1971 г), Братск (1973 г), Омск (1984 г) Ереван (1985 г), Монреаль (Канада 1995г), Ростов-на-Дону (2004 г).
Публикации
По результатам диссертационной работы опубликовано 139 научных работ, в том числе 2 монографии и одно справочное пособие Новизна разработанных решений подтверждена 18 авторскими свидетельствами и 4 патентами
Объем и структура работы
Работа состоит из введения, шести глав, и приложений Имеет 373 страницы машинописного текста, включает 49 рисунков, 116 таблиц и библиографический список из 330 наименований.
Похожие диссертации на Теоретические и практические основы получения пористых заполнителей из топливосодержащих отходов промышленности
