Помощь
Материалы из отходов городского хозяйства.doc
Оглавление
- [*:qymjddlb]Современные материалы ил отходов и попутных материалов
[*:qymjddlb]Введение
[*:qymjddlb]Отходы полимерных материалов
[*:qymjddlb]Основные направления утилизации полимерных отходов
[*:qymjddlb]Материалы из макулатуры и текстильных отходов
[*:qymjddlb]Макулатура
[*:qymjddlb]Волокнистые отходы
[*:qymjddlb]Материалы из резиновых и каучуковых отходов
[*:qymjddlb]Материалы на основе резинокордных отходов
[*:qymjddlb]Технологические параметры получения вяжущих
[*:qymjddlb]Резино-битумные вяжущие
[*:qymjddlb]Рулонный изол
[*:qymjddlb]Материалы из пластмассовых отходов
[*:qymjddlb]Битумы
[*:qymjddlb]Свойства композиций на основе битума и полиэтилена
[*:qymjddlb]Полистиролбетоны
[*:qymjddlb]Модифицирующие добавки
[*:qymjddlb]Органомшеральные порошки
[*:qymjddlb]Вторичное использование цементного и асфальтового бетонов
[*:qymjddlb]Использование вторичных заполнителей
[*:qymjddlb]Регенерация асфальтобетона
[*:qymjddlb]Способы использования старых асфальтобетонных материалов
Современные материалы ил отходов и попутных материалов
Введение
В России ежегодно образуется около 30-40 млн т твердых бытовых отходов. При этом каждый год используется повторно или подвергается переработке (рециклингу) только 3-4% отходов, остальные продолжают накапливаться.
К отходам городского хозяйства относятся твердые бытовые отходы, отходы от разрушения старых зданий, сооружений и дорожных покрытий, строительный мусор, изношенные шины, макулатура, тряпье, стеклобой. Рост объема твердых бытовых отходов в различных странах колеблется от 3 до 10% в год.
Твердые бытовые отходы в среднем содержат до 40% макулатуры, 3-5% черных металлов, 25-40% пищевых отходов, 1-2% пластмасс, 4-6% текстиль, до 4% стекла.
В Москве, по различным экспертным оценкам, образуется в год от 13 до 13,5 млн т различных отходов. Доля строительных отходов колеблется от 11 до 18%, что в среднем составляет около 1,9 млн т.
Образующиеся строительные отходы состоят из тяжелого и легкого железобетона, кирпича, каменных материалов, утеплителей, гипсобетона, древесины, картона, бумаги, полимерных материалов, раствора, битума, асфальта, засоренного грунта и т. д. Ежегодные отходы только от разборки разрушающихся фасадов, балконов, карнизов, рулонной кровли, дорог, мостов и т. д. достигают 10% объема всех бытовых отходов, являясь строительным мусором.
Макулатура представлена использованной картонно-бумажной продукцией - упаковочными материалами, бумагой промышленного назначения полиграфической и гигиенической бумагой. Только лишь в Москве вывозится в отвалы более 200 т макулатуры ежедневно.
Отходы полимерных материалов
Отходы полимерных материалов можно разделить на три группы: технологические, производственного потребления пластмасс и общественного.
Технологические отходы образуются при синтезе полимеров и переработке пластмасс. На их долю приходится до 35% всего перерабатываемого полимерного сырья. По своим свойствам они не отличаются от исходных полимерных материалов и используются, как правило, на тех же предприятиях, где и образуются.
Отходы производственного потребления пластмасс накапливаются при выходе из эксплуатации полимерных материалов. В эту группу отходов входят амортизированные шины и резинотехнические изделия, тара и упаковка, детали машин, отходы сельскохозяйственной пленки, мешки из-под удобрений и др. Большая часть этих отходов может быть использована в качестве вторичного полимерного сырья.
Отходы общественного потребления пластмасс включают изношенные изделия домашнего обихода, тару пищевых продуктов, освободившуюся на предприятиях общественного питания, и т. д. Они составляют более 50% всей массы пластмассовых отходов и сосредоточиваются в конечном счете на городских свалках. Доля их в твердых бытовых отходах достигает 5% и более. Отходы общественного потребления пластмасс являются смешанными, для их переработки и использования требуется разделение различных полимерных материалов.
Расходы на уничтожение пластмассовых отходов в 6-8 раз превышают расходы на обработку и уничтожение промышленных отходов.
Основные направления утилизации полимерных отходов
При утилизации пластмасс, бывших в употреблении, наибольшие сложности возникают при организации, их сбора, транспортировки и выделения из общей массы отходов. Поскольку содержание в бытовых отходах пластмасс сравнительно невелико трудоемкость выделения последних не всегда окупается. В настоящее время разрабатываются фото- и биоразрушающиеся пластмассы, которые после окончания срока эксплуатации способны разлагаться до низкомолекулярных соединений, поглощаться микроорганизмами почвы и, таким образом, включаться в замкнутый биологический цикл, не оказывая отрицательного влияния на окружающую среду. Можно выделить следующие основные направления утилизации полимерных отходов:
1) повторная переработка или использование в различных композициях;
2) термическое разложение с получением целевых продуктов;
3) термическое обезвреживание с регенерацией выделяемой теплоты. Выбор направления определяется экономическими соображениями, сырьевыми проблемами, экологическими задачами и др.
При всем многообразии способов утилизации отходов пластмасс и применяемого при этом оборудования общая схема процесса может быть представлена следующим способом:
Предварительная . ,, . Отмывка
-----> Измельчение------> -I
сортировка и очистка и сепарация
Рациональному использованию ресурсов, необходимых для строительства и ремонта дорог в городах и других населенных пунктах, способствуют регенерирование и повторное использование асфальтового бетона.
Материалы из макулатуры и текстильных отходов
Из одной тонны макулатуры можно изготовить около 750 кг бумаги. Она широко используется также для производства картона. Использование одной тонны макулатуры в производстве бумаги и картона позволяет сэкономить до 4 м3 древесины. Однако не все сорта бумаги и картона могут быть использованы в бумажной промышленности. Большой процент бумажно-картонной продукции технического назначения изготовляют с применением пластмасс и различных покрытий, окрашивают, проклеивают и т. п. Прежде чем направить эти виды бумаги и картона на переработку, от них отделяют инородные примеси. В качестве макулатуры в промышленности широко используют старые гофрированные ящики, бывшие тарой для упаковки изделий производственного и бытового назначения. Вторым по масштабу источником макулатуры являются старые газеты. Свыше 70% собираемой макулатуры используют при производстве многослойного картона.
Крупнотоннажным потребителем картона являются кровельные материалы, большую часть которых составляет рубероид.
Технология изготовления картона состоит из предварительной обработки сырья, его измельчения на отдельные волокна и получения необходимой волокнистой массы.
Волокнистое сырье сортируют и очищают от посторонних включений, затем измельчают в аппаратах, рабочим органом которых является вращающийся барабан с ножами, установленный в ванне с водой. Волокнистая масса определенного состава поступает на специальную машину, где равномерно распределяется по движущейся бесконечной сетке, на которой переплетаются волокна и формируется полотно, которое для дополнительного обезвоживания прессуется и высушивается, а затем разрезается и наматывается в рулоны.
С повышением содержания тряпья (хлопчатобумажного, льняного, пенькового, шерстяного) улучшаются качественные характеристики картона. В составе кровельного картона высокого качества должно содержаться не менее 50% тряпичного волокна, в том числе 5-10% шерстяных волокон. Кровельный картон выпускают в рулонах с шириной полотна 1000, 1025 и 1050 мм массой 250-600 кг/м2. В зависимости от массы 1 м2 картона и прочности на разрыв кровельный картон подразделяют на марки А-500, А-420, А-350, А-300, Б-500, Б-420, Б-350, Б-300. Цифра при обозначении марки указывает массу 1 м2 картона, буква группу, характеризуемую прочностью на разрыв, впи-тываемостью и скоростью пропитки. Марке А соответствует картон с впитываемостью не менее 145% и временем пропитки не более 45 с, марке Б - соответственно 135% и 55 с. Влажность картона должна быть не больше 6%, с увеличением влажности уменьшается его прочность. Прочность картона существенно возрастает при использовании в качестве добавки отходов химических волокон.
Макулатура
Макулатура находит также применение в производстве гипсоволокнистых плит, обладающих высокой ударной прочностью, хорошей гвоздимостью и повышенной влагостойкостью. Для производства ряда материалов и, в частности, рубероида бумажная макулатура эффективно может использоваться вместе с тряпьем. Из 1 млн т этих отходов вырабатывается почти 2 млрд м2 мягкой кровли.
При получении гипсоволокнистых плит бумажную макулатуру распушивают в гидропушителе и смешивают с гипсом. Плиты формуются на плоскосеточной машине из гипсоволокнистой пульпы. При движении конвейера над вакуумными камерами пульпа обезвоживается, а затем на форматном барабане разрезаются плиты, которые снимаются и укладываются в штабель для предварительного твердения. Необходимые свойства гипсоволокнистые плиты приобретают после сушки.
Наряду с мокрым разработан сухой способ получения гипсоволокнистых плит. Этим способом предусматривается сухая распушка макулатуры и ее смешивание с гипсовым вяжущим.
Гипсоволокнистые плиты используют аналогично гипсокартонным. Основное их преимущество заключается в большей разрушающей нагрузке по сравнению с гипсокартонными. Их легко шпунтовать, пилить и резать. Они имеют равномерную эластичную структуру, хорошо удерживают гвозди, обеспечивают хороший микроклимат.
Технология производства легкого гравия на основе бумажной макулатуры включает измельчение вторсырья, грануляцию полученной массы с вяжущими компонентами (гипс, магнезиальные вяжущие, жидкое стекло). Теплоизоляционные плиты на основе легкого гравия изготавливают методом подпрессовки, либо с использованием специальных вяжущих составов без подпрессовки. Изделия для теплоизоляции по данной технологии обладают следующими характеристиками: плотность - 90-450 кг/м3, теплопроводность - 0,05-0,14 Вт/(м ? °С), прочность при сжатии - 0,12-5,3 МПа. Они обеспечивают надежную адгезию с различными поверхностями.
Теплоизоляционные растворы с использованием макулатуры могут использоваться в малоэтажном строительстве для заливочной теплоизоляции.
Основным направлением использования текстильных отходов является производство различных нетканых материалов, в том числе покрытий для полов. Из отходов синтетического волокна разработана технология нетканой основы для теплозвукоизоляционного линолеума. Волокнистый холст может быть скреплен иглопробивным, вя-зально-прошивным, клеевым и термическим способами.
Волокнистые отходы
- стружка, тканевые очесы, кордовое волокно, резаная бумага могут быть использованы в качестве наполнителей аэрированных легких бетонов. При получении таких бетонов, как показано в работе Санкт-Петербургского архитектурно-строительного университета, целесообразно вводить воздухововлекающие добавки и применять турбулентные аэросмесители, обеспечивающие равномерное распределение всех компонентов, снижение расхода портландцемента и получение изделий с мелкопористой структурой. Отличительной особенностью бетонных смесей на волокнистом наполнителе является их повышенная вязкость по сравнению с аэрированными смесями на зернистых пористых заполнителях - перлите, вермикулите и др. Так, при одинаковом водосодержании и погружении конуса 8-10 см смесь на резаном бумажном наполнителе характеризуется погружением конуса 4-5 см. При введении наполнителя более 12% происходит комкование смеси и значительное ухудшение ее формуе-мости. Ниже приводятся свойства аэрированного легкого бетона оптимального состава (портландцемент - 400 кг/м3, наполнитель - 120 кг/м3, вода - 580 кг/м3) на резаном бумажном наполнителе с размером частиц (1,5-1,7) (0,12-0,13) 0,09 см: средняя плотность - 1100-1200 кг/м3, предел прочности при сжатии - 3,5-5; изгибе - 2,6-3 МПа, теплопроводность - 0,26-0,3 Вт/м °С, водопоглощение 23-25%, коэффициент размягчения - не менее 0,8, морозостойкость - 25 циклов. Высокий предел прочности при изгибе свидетельствует о значительном армирующем эффекте создаваемом отрезками наполнителя. По теплотехническим свойствам стена из стеновых камней на аэрированном легком бетоне с бумажным наполнителем, толщиной 39 см эквивалентна кирпичной кладке толщиной 64 см.
Материалы из резиновых и каучуковых отходов
К числу многотоннажных отходов относятся отработанные резиновые изделия, такие как конвейерные ленты, шланги и изношенные автомобильные, тракторные, авиационные шины.
При комплексном использовании резино-каучуковых материалов и металла, содержащихся в изношенных шинах, из 1 т этих отходов можно выделить для повторного использования около 700-750 кг резины, 130-150 кг химических волокон и 30-40 кг стали.
Изношенные шины частично применяют для ограждений на дорогах, защиты побережья рек и морей от разрушения, предохранения от ударов судов.
Основным способом переработки амортизированных шин и других отходов резины является регенерация. Применение 1 т регенерата экономит около 500 кг синтетического каучука. Регенерат получают очисткой износившихся резиновых изделий с помощью кислот и щелочей, нагрева и введения добавок мягчителей. Старую резину обычно измельчают в крошку с частицами до 1,5 мм или мельче.
Резиновую крошку и тонкоизмельченные резиновые порошки можно применять в качестве ингредиентов резиновых смесей. При этом получают резины, по ряду технических свойств превосходящие материалы, не содержащие регенераты.
На основе резинокордных отходов разработаны технологии рулонных и плиточных материалов.
Материалы выпускаются в виде полотен толщиной до 10 мм, шириной до 1,2 м и длиной более 10 м и плиток размером 600x600 мм и толщиной около 8 мм и используются в качестве теплоизоляционных, вибро-, шумопоглощающих, декоративных и напольных покрытий.
В зависимости от требований потребителя они могут иметь следующие физико-механические показатели: плотность - 500-1000 кг/м3; твердость - 30-90 усл. ед. по ТМ-2; прочность - 2-6 МПа; водопоглощение - 3-7%; коэффициент виброизоляции - 0,1-0,12; звукопоглощение - до 30 дБ и температуру вспышки - 250-300 °С.
Материалы на основе резинокордных отходов
Сущность процесса производства рулонных материалов на основе резинокордных отходов состоит в классификации резинокордных отходов для отделения резиновой крошки; обработке отходов на роторном измельчителе с одновременной модификацией и введением связующего для гомогенизации и распушки; формировании на вулканизаторе ленты с возможным нанесением на нее декоративного резинового покрытия. При получении плитки производят раскрой рулонного материала с последующей довулканизацией в гидравлических прессах для получения плиток.
Полы, отделанные рулонными и плиточными материалами на основе резинокордных отходов, по сравнению с другими покрытиями обладают пониженной гигроскопичностью и повышенными тепло-, вибро-, звукоизоляционными свойствами. Они характеризуются улучшенными санитарно-гигиеническими показателями, легко моются и очищаются, достаточно эластичны, а в их составе при температурах эксплуатации от -50 до 40 °С не содержатся и не образуются токсичные и опасные для здоровья компоненты.
Отработанную резину применяют также в производстве гидроизоляционных строительных материалов, материалов для полов, клеев, мастик и герметиков.
Эффективным направлением является перевод резины в растворимое состояние и применение в качестве вяжущего для производства уплотняющих, гидроизоляционных и кровельных мастик, дорожных смесей.
Посредством термомеханической обработки в присутствии пластифицирующих материалов изношенная резина может быть девулка-низирована. В качестве пластифицирующих материалов используются нефтяные гудроны или маловязкие битумы, тяжелые экстракты селективной очистки масляных фракций, каменноугольные тяжелые масла, смолы, дорожные дегти. При оптимальных технологических параметрах на основе изношенной резины получают резино-битумные и резино-дегтевые вяжущие высокого качества.
Технологические параметры получения вяжущих
Технологические параметры получения вяжущих зависят от типа каучука, входящего в состав резин, и вида пластификатора.
При совместной обработке измельченная резина набухает в масляных фракциях битума (гудрона или дегтя), что ослабляет характерные для нее межмолекулярные связи; в условиях продолжающихся подвода тепла и механических воздействий происходит разрыв по этим ослабленным связям, т. е. осуществляется девулканизация резины с образованием каучукового вещества, которое структурирует органические вяжущие.
Процесс пластификации резиновой крошки ведут пропусканием набухшей в нефтяном битуме (гудроне или дегте) резины через аппарат-пластификатор, объединенный с шестеренчатым насосом, при температуре 225-235 °С. Набухшая резина постепенно пластифицируется, и органические компоненты переходят в раствор. Продолжительность термомеханической обработки составляет от 30 мин до нескольких часов в зависимости от вида каучука и растворителя. Снижение температуры и сокращение времени пластификации ухудшает свойства готового продукта. Термопластификация резины может быть проведена в лопастном или роторно-эксцентриковом смесителе.
При термомеханической пластификации резины рекомендуется использовать поверхностно-активные вещества, например, технические лигносульфонаты.
От исходных битумов резино-битумные (битумно-резиновые) вяжущие отличаются повышенной эластичностью, температурой размягчения, прочностью и долговечностью. При соотношении резины и битума 1:1 относительное удлинение увеличивается более чем на 200%, эластичность - почти в 3 раза, сопротивление разрыву возрастает до 0,8 МПа, температура размягчения - до 120 °С, а температура хрупкости снижается до -20 °С. Эффект от введения резины в битум
объясняется, в первую очередь, связыванием частиц масел в битумах резиной, что предотвращает испарение их и быстрое старение.
По мере увеличения содержания резиновой крошки резино-битумные смеси все больше приближаются по физико-механическим свойствам к каучуковым материалам.
Резино-битумные вяжущие
На основе резино-битумных вяжущих при введении наполнителей получают мастики для заполнения швов бетонных покрытий. При использовании пластификаторов (нефтяных масел, полиолефинов, бутилкаучука) изготавливают мастичные материалы с температурой хрупкости до -35 СС, которые можно применять в суровых климатических условиях. Эти мастики успешно применяют в аэродромном строительстве.
Для заполнения швов при устройстве и ремонте цементобетонных покрытий автомобильных дорог рекомендованы мастики из резино-битумных вяжущих, при производстве которых резиновую крошку подвергают сначала термопластификации тяжелым (антраценовым) каменноугольным маслом при 160 °С в течение 4 ч в герметически закрытом смесителе, а затем вводят битум и минеральные наполнители. Резиновую крошку вводят порциями в предварительно нагретое до 60-70 °С каменноугольное масло. Состав мастики для заполнения швов следующий: битум БН-70/30 - 60-70%, каменноугольное масло - 8-10, резиновая крошка - 8-10, асбестовый порошок - 5-10, известняковый порошок - 5-10%.
Мастики для заполнения швов получают также путем энергичного перемешивания битума с резиновой крошкой при температуре 200 °С в присутствии агентов вулканизации образующегося каучука, вводимых в количестве 0,1-5,0% от массы резины. В качестве наполнителя применяют асбестовое волокно.
Резино-битумные вяжущие используют для ремонта покрытий, имеющих густую сетку трещин. Расплавленное резино-битумное вяжущее разливают на поврежденное покрытие с расходом 1,6-3,2 л/м3. После остывания образуется слой толщиной 5-6,5 мм, на который рекомендуется рассыпать мелкий щебень или песок. Открывать движение можно через 45 мин.
Резино-битумные составы рекомендуют также для заделки крупных трещин на асфальтобетонном покрытии. Расход материала 2,25- 2,5 л/м2 или 0,25 л на 1 м трещин. После разлива вяжущего производят россыпь и укатку мелкой каменной крошки на толщину 0,95-1,25 см.
Резино-битумные вяжущие позволяют получать асфальтобетоны с высокими эксплуатационными свойствами, повышенной износо- и теплостойкостью, устойчивостью к старению. Асфальтобетон, приготовленный на резино-битумном вяжущем, отличается также меньшим водонасыщением и набуханием. Для него характерна меньшая прочность при 0 °С и меньшая жесткость.
В состав асфальтобетонных смесей эффективно введение резиновой крошки в количестве 1,5-3% от массы минеральной части. Крошка должна иметь не менее 80% зерен размером мельче 0,63 мм. Уплотнение асфальтобетонных смесей, содержащих резиновую крошку, рекомендуется проводить при более низкой температуре. Асфальтобетон с резиновой крошкой имеет повышенную морозостойкость и деформативность при низких температурах, а также повышенный коэффициент сцепления колес автомобиля с дорожным покрытием.
Эффективными рулонными гидроизоляционными материалами на основе резино-битумных вяжущих являются изол и бризол.
Производственный процесс получения изола заключается в дроблении изношенной резины на шинорезках и молотковых дробилках до частиц размером не более 1 мм, регенерации (девулканизации) резины в смесителе, сплавлении ее с битумом при температуре 170- 180 °С и обработке резино-битумной смеси на вальцах до получения однородной и пластичной массы. Оптимальная концентрация резины возрастает по мере снижения вязкости битума.
Изменяя состав резино-битумного вяжущего, вид наполнителей и способ обработки, изол можно изготавливать в виде рулонного материала или гидроизоляционной мастики.
Рулонный изол
- безосновный материал, обладающий высокой водо- и гнилостойкостью, а также деформативной способностью. Из листа изола вырубают кровельные плитки. Более высокое содержание наполнителей придает плиткам высокую плотность и твердость.
Близким к изолу по рецептуре и свойствам является бризол. Его изготавливают вальцеванием и последующим каландрированием смеси нефтяного битума, дробленой резиновой крошки, асбестового волокна и пластификатора (рис. 7.1). Бризол подразделяют на две марки: средней (Бр-С) и повышенной прочности (Бр-П). Первый применяют при рабочей температуре 5-30 °С, а второй - при 20- 25 °С.
Изол и бризол применяют для гидроизоляции подвальных этажей зданий, подземных трубопроводов и других сооружений, бассейнов, антикоррозионной защиты и устройства кровли. Наряду с достоинствами эти материалы обладают и некоторыми недостатками: значительными усадочными деформациями, ползучестью, снижением их прочности при контакте с горячими мастиками.
Резино-битумные материалы выпускают также в виде пористых жгутов и полос (пороизол) для герметизации стыков конструкций, а также как приклеивающие и изоляционные мастики.
Резино-битумная масса служит для изготовления нижнего слоя резинового линолеума - релина (рис. 7.2). Верхний и нижний слой релина выполняют отдельно, а затем соединяют (дублируют) одновременно с вулканизацией. Материалом верхнего слоя линолеума служит цветная резина на синтетических каучуках с наполнителями.
Разработана технология волокнистых резино-битумных плит (реко-бит), применяемых в качестве оснований паркетных полов. Сырьем для изготовления плит служат некондиционное замасленное тряпье, регенерированный шинный корд, отходы резиновых изделий и битум.
Из регенерированного шинного корда можно также производить прессованный кордный брус, используемый для паркетных полов взамен лаг и древесно-волокнистых плит.
На основе резиновой муки, получаемой из отработанных автомобильных шин, получены новые кровельные материалы, высокие эксплуатационные свойства которых обеспечиваются специальными добавками.
Кровельные материалы на основе шинной резиновой муки относительно дешевы, технология их производства может быть высокопроизводительной. Они не подвержены обрастанию окрашивающими грибками и мхом, не экранируют электромагнитных излучений Земли и космоса, не шумят при действии дождя и ветровых нагрузок, технологичны в работе и имеют малую плотность, что позволяет резко снизить нагрузку на стропильные системы.
Производство кровельных материалов включает смешивание компонентов в обогреваемом смесителе, подачу смеси на систему вальцов и каландр. После выхода из каландра материал сматывается в рулоны и режется на листы..
Каучуко-битумные вяжущие
Близкими по свойствам к резино-битумным являются каучуко-битумные вяжущие. Имеется значительное количество работ, посвященных улучшению свойств битумов добавками каучука. Синтетические каучуки увеличивают растяжимость битумов, их ударную прочность, снижают температуру хрупкости, повышая теплостойкость. Разработаны три способа введения каучука в битум: 1) смешение битума с небольшими (2-5%) добавками каучука при температуре 130-200 °С и энергичном перемешивании; 2) предварительное растворение каучука и объединение этого раствора с битумом; 3) введение каучука в битум.
При введении каучука в битум необходимо строго соблюдать температурный режим. Излишне высокая температура перемешивания влияет на свойства как битума, так и каучука. При интенсивном перемешивании битума с каучуком под действием повышенных температур происходит разрыв молекул каучука, причем снижается эффективность воздействия каучука на свойства битума. Чтобы избежать этого, длительность и температура перемешивания битума с каучуком должны быть ограничены. При температуре 130 °С каучукобитумные смеси можно выдерживать не более 72 ч, при 160 °С - не более 12 ч, а при 200 СС - не более 1 ч.
Добавки каучука в количестве 2-3% рекомендуются для устройства покрытий дорог с умеренным движением, 5-7% - для дорог с тяжелым интенсивным движением. Срок службы покрытий с использованием каучуко-битумных вяжущих возрастает примерно на 50%.
Композиционные материалы
Ряд композиционных материалов может быть получен с применением отходов производства латексов и каучуков. Эти отходы выделяются из латексных сточных вод после усреднения их состава в накопительных емкостях с последующей переработкой на шнековых машинах. Латексные и каучуковые отходы имеют достаточно высокие показатели прочности (до 4,6 МПа) и эластичности (относительное удлинение до 700%). Их можно вводить в составы, предназначенные для получения кровельно-гидроизоляционных и герметизирующих материалов, а также материалов, предназначенных для покрытия полов промышленных и сельскохозяйственных помещений.
Для получения гидроизоляционных пленочных материалов используют вальцево-каландровый способ с предварительной пластификацией полимерных отходов на вальцах при температуре 120-130 °С в течение 10 мин. Пленки содержат до 45% отходов латексов; 15% - полипропилена; 10% - полиизобутилена и до 30% битума, который одновременно служит стабилизатором латексов. Прочность пленок при продольном растяжении 3-7 МПа, поперечном 0,6-1,5 МПа, относительное удлинение соответственно 27-45 и 300-700%, морозостойкость -----45...-60 °С.
При приготовлении герметиков типа <герлен> дефицитное и дорогостоящее сырье - бутадиеновый термоэластопласт - можно полностью заменить отходами латекса. Полная замена кондиционных каучу-ков отходами возможна и при изготовлении материалов для покрытия полов методом вулканизации. Получаемые полимерные композиции хорошо перерабатываются при обычной технологии на существующем оборудовании.
На основе битумов, модифицированных полимерной крошкой латексов, разработана технология покровного слоя эластичного рубероида. Она включает получение гранулята перемешиванием при НОВО °С пластифицированной крошки и битума с последующим его растворением совместно с наполнителем в битуме и приготовление однородной массы с температурой 200 °С, направляемой в ванну для нанесения на рубероид. При введении полимеров в битум происходит его структурирование с образованием трехмерных структур и увеличением содержания твердых, не растворимых в бензоле, продуктов.
На основе полимерных композиций с применением отходов производства латексов возможно также получение листовых кровельных материалов с улучшенными свойствами:
Прочность при разрыве, МПа, в направлении:
продольном............................................................................1,2-1,8
поперечном..............................................................................07-11
Относительное удлинение, %, в направлении:
продольном.......................................................................... 100-150
поперечном..........................................................................200-300
Морозостойкость, °С..............................................................-20...-30
Массу изготавливают в резиносмесителе при 160-180 °С, а затем на вальцах получают листы кровельного материала.
Материалы из пластмассовых отходов
Наиболее многотоннажными полимерными материалами являются полиолефины - высокомолекулярные соединения на основе непредельных углеводородов. Основной представитель этой группы - полиэтилен низкого и высокого давления. Практическое значение имеют также полипропилен и полиизобутилен.
Перспективным способом утилизации отходов полиолефинов, как и других термопластов, является их повторная переработка. Отходы предварительно сортируют и очищают от инородных включений, а затем подвергают измельчению, агломерации и грануляции. Из гранулята получают различные изделия, в том числе и строительного назначения. Вторичное сырье целесообразно вводить в полимерные композиции в количестве до 40-50% первичного вместе с пластификаторами, наполнителями и стабилизаторами.
Для получения высококачественных полимерных материалов из вторичных полиолефинов эффективна их модификация - экранирование функциональных групп и активных центров химическими или физико-химическими способами (например, введением различных добавок, обработкой кремнийорганическими жидкостями и др.).
Упаковочная и бутылочная полимерная тара может быть переработана в отделочные плитки и другие изделия. Полимерной основой указанных видов отходов являются полиэтилен и полиэтилентереф-талат. Оба полимера относят к термопластам с температурой плавления соответственно 130 и 265 °С. Это создает возможность изготовления изделий из композиций на основе данных отходов методом горячего прессования. Полимерные отходы подвергают сначала грубому, а затем тонкому измельчению, смешивают с наполнителями и прессуют.
Битумы
В большинстве асфальтовых дорожных покрытий основным связующим компонентом являются. Обладая рядом ценных свойств и имея сравнительно невысокую стоимость, битумы, в состав которых входят полярные соединения, отличаются недостаточной стойкостью. Их прочностные показатели также сравнительно невысоки. Все это в значительной степени ухудшает свойства асфальтовых покрытий и сокращает сроки их эксплуатации. Использование отходов полиолефинов в композиции с битумом является одним из направлений, позволяющих модифицировать свойства покрытий.
Композиции, как правило, получают, смешивая битум с отходами полиолефинов при температурах 80-100 °С и выгружая образующуюся смесь в специальные формы, в которых происходит охлаждение при комнатной температуре. При добавлении отходов полиолефинов наблюдается значительное возрастание прочностных показателей композиций и снижение деформаций. Особенно заметно это влияние при температурах испытаний 20 и 40 °С, соответствующих температурам эксплуатации дорожных покрытий в летнее время. При О °С эффект от использования полиолефиновых отходов становится менее заметным.
Оптимальное количество полиолефиновых отходов для битумно-полимерных покрытий составляет 7-12% (табл. 7.2). Атактический полипропилен в силу своей хрупкости при О °С и высокой склонности к окислению может быть рекомендован для применения в дорожных покрытиях только в определенных климатических зонах и при соответствующей дополнительной стабилизации.
Свойства композиций на основе битума и полиэтилена
Отходы полистирольных пластиков, введенные в битумные композиции в небольших количествах, также оказывают положительное влияние на свойства композиций. Если сравнить свойства таких композиций со свойствами стандартных битумно-минеральных смесей (табл. 7.3), то нетрудно заметить, что добавка полистирольных отходов приводит к существенному увеличению прочностных показателей при температурах испытания 0, 20 и 50 °С, термостабильности и водостойкости.
Таблица 7.3 Свойства асфальто-полистирольных композиций
Из вторичного полиэтиленового и полистирольного сырья в смеси с песком можно получать пресс-композиции с заданными свойствами. Высокие прочностные показатели таких материалов в сочетании с хорошей водостойкостью позволяют, например, в Японии использовать плиты из них для выстилки морского дна с целью создания станций по разведению рыбы.
Один из методов получения строительных плит состоит в прессовании смеси пластмассовых отходов и песка, взятых в соотношении 1:1. Песок просеивают, нагревают до 500 °С, добавляют к смеси отходы полиэтилена и полистирола, смешивают при 150 °С в течение 25 мин, затем полученную массу прессуют.
Такие материалы обладают высокими прочностными показателями в сочетании с хорошей водостойкостью.
По аналогичной технологии получают материалы из пластмассовых отходов в смеси с мелом, стекловолокном, асбестом и другими минеральными наполнителями. Все компоненты в течение 2 ч подсушивают при 120 °С, затем их пластифицируют в смесителе при 250- 300 °С в течение 15 мин, выгружают при 180 °С в форму и прессуют. Полученные композиции обладают хорошими прочностными показателями и высокой стойкостью к истиранию, что позволяет использовать их при изготовлении плит для полов. Для улучшения внешнего вида изделий при смешивании добавляют такие пигменты, как оксиды железа и хрома, желтый крон, диоксид титана.
Наряду с прессованием строительные материалы получают расплавлением термопластичных полимеров с последующим смешиванием их с цементом, разливкой в формы и охлаждением. Эти изделия обладают высокой прочностью и стойкостью против горения.
Высокая водостойкость большинства полимерных отходов, в первую очередь полиолефиновых, позволяет широко использовать их в различных материалах, применяемых для герметизации швов между панелями зданий, а также для покрытия частей сооружений, работающих под водой или в условиях повышенной влажности.
Композицию с использованием побочного продукта синтеза полипропилена - атактического полипропилена - в количестве 60-95% совместно с 40-50% термической сажи применяют при получении герметизирующих лент путем экструзии. Хорошая водостойкость атактического полипропилена позволяет также использовать его в композициях, на основе которых получают кровельный рубероид.
Полистиролбетоны
На предприятиях по изготовлению пенополистирольных изделий образуются отходы, в основном, представляющие обрезки, не возвращаемые повторно в основной технологический процесс. Обрезки пенопласта пропускают через молотковую дробилку и получают заполнитель фракций 0-5 и 5-10 мм. На таком заполнителе изготавливают конструкционно-теплоизоляционные полистиролбетоны плотностью 600-800 кг/м3, прочностью 2,5-5 МПа и теплоизоляционные бетоны плотностью 350-500 кг/м3 и прочностью 0,9-1,5 МПа. Для получения теплоизоляционного полистиролбетона в бетонную смесь следует вводить до 0,2% от массы цемента воздухововлекающей добавки.
Расход материалов для получения полистиролбетонов приведен в табл. 7.4.
Из теплоизоляционного бетона на дробленом пенопласте изготавливают плиты утеплителя. Его также можно использовать в качестве монолитной теплоизоляции в покрытии, для среднего слоя трехслойных стеновых панелей, полов, а также для замоноличивания стыков между конструкциями.
Полистиролбетон средней плотностью до 700 кг/м3 относится к трудносгораемым материалам, а более тяжелый к несгораемым.
Разработаны методы получения строительных изделий, в которых отходы полимеров вводят на стадии полимеризации другого мономера. Так, отходы ударопрочного полистирола растворяют в соотношении 1:1,5 и разливают в формы. Полимеризация осуществляется при 20 °С в присутствии добавки перекиси бензоила. Получаемый материал имеет предел прочности при растяжении 31-36 МПа, ударную вязкость 21-27 кДж/м2, теплостойкость по Мартенсу 42 °С и водопог-лощение за 24 ч - 0,07%.
Все шире внедряются композиции на основе двух групп отходов: полистирольных пластиков и отходов деревообрабатывающей промышленности. Такие композиции, содержащие до 40% полистирольных отходов, по физико-механическим показателям превосходят традиционные материалы, в которых связующим являются синтетические смолы.
Модифицирующие добавки
Одно из направлений использования полимерных отходов заключается в применении их в пластмассовых композициях в качестве модифицирующих добавок. Так, отходы полиэтилена могут быть использованы в композициях с полистирольными пластиками, при этом возрастают такие показатели последних, как ударная вязкость и относительное удлинение при разрыве. Введение полиэтиленовых отходов значительно улучшает литьевые свойства материала при одно зре-менном снижении теплостойкости композиции и прочности.
Вторичное поливинилхлоридное (ПВХ) сырье в строительстве находит применение, главным образом, при получении линолсмной плитки.
Значительное число отходов применяется при получении всп гн ;н-ных изделий обычными методами: в автоклаве, экструзией или льть-ем под давлением. Известен способ использования отходов пластмасс без их разделения и очистки для получения пористых керамических кирпичей. Он основан на высокой теплотворной способности пластмасс и их способности разлагаться при температурах 500 °С и выше.
В отличие от отходов термопластов отходы реактопластов не плавятся, не растворяются, содержат большое количество наполнителей.
В измельченном виде они могут служить добавками в стандартные пресс-композиции и вводиться в заливочные смеси, где в качестве связующего используются синтетические полимеры, битум, цемент и т. д.
Органомшеральные порошки
Органомшералъные порошки, полученные измельчением отходов производства стеклопластиков, имеют на поверхности реакционно-способные функциональные группы, что позволяет использовать их в качестве химически активных наполнителей различных полимерных материалов.
Для лакокрасочных покрытий и пресс-композииий требуются высокодисперсные порошки (от 5 до 100 мкм), для дорожных покрытий или вспененных материалов размер частиц измельченного стеклопластика может достигать 1000 мкм, в последнем случае наполнитель оказывает армирующее действие.
Отходы стеклопластиков могут использоваться при изготовлении полимерных бетонов. По сравнению с полимербетонами на минеральных наполнителях полимербетон на основе отходов стеклопластиков имеет повышенную деформативность при отрицательных температурах и сокращенное время твердения.
С использованием отходов стекловолокна изготавливаются хол-стопрошивные полотна, предназначенные для изоляции трубопроводов, тепловых и холодильных агрегатов. Упрочнение холсто-прошив-ного материала производится стеклянной или капроновой прошивной нитью. Достигаемое при этом усилие на разрыв полосы армированного материала равно 20 Н. В качестве полимерных связующих используются смолы фенольного типа.
На основе холсто-прошивного полотна изготавливаются листовые стеклопластики путем его пропитки и сушки в шахте вертикальной пропиточной машины. Пропитанное и высушенное полотно нарезают и пакетируют специальными механизмами, работающими совместно с вертикальной пропиточной установкой. Подготовленные пакеты прессуют при давлении 1,4 МПа и обрезают на гильотинных ножницах.
Свойства листового стеклопластика, полученного на основе армирующего материала из отходов стекловолокна и водорастворимого фенольного связующего СФ-511, приведены в табл. 7.5.
Получаемый листовой стеклопластик имеет более высокие показатели физико-механических свойств по сравнению с обычным стеклопластиком на основе стеклохолста.
Вторичное использование цементного и асфальтового бетонов
Заполнители из дробленого бетона. В результате разборки зданий и сооружений, а также накопления некондиционной продукции на предприятиях сборного железобетона образуются значительные количества так называемый бетонного лома. Переработка бетонного лома направлена в настоящее время в основном на получение вторичных заполнителей и высвобождение арматурной стали.
Широкое распространение получила технология, когда оборудование для получения заполнителя из бетонного лома устанавливают на месте демонтажных работ, а полученный заполнитель используется, в основном, для устройства щебеночной подготовки дорожных одежд и оснований. Эффективной является технология, предусматривающая получение фракционированного щебня (рис. 7.3) и использование его при заводском производстве бетона и железобетонных конструкций.
камнедробильных. Для разрушения железобетонных конструкций длиной до 12 м применяют гидравлические прессы, развивающие давление до 2 МПа.
Арматура из бетона извлекается с помощью магнитных сепараторов. После извлечения арматуры бетонный лом поступает на щеко-вую дробилку для получения вторичного щебня.
Установлено, что применение крупных заполнителей из дробленого бетона классов В20-В40 позволяет получать бетон той же или незначительно (на 5-10%) ниже прочности бетона на природных заполнителях. С уменьшением крупности вторичного заполнителя (до 3-10 мм) при прочих равных условиях прочность существенно снижается. Наибольшее снижение прочности характерно для бетона на вторичном известняковом заполнителе (около 20%) и примерно вдвое меньше - на гранитном.
При замене мелкого природного заполнителя (из кварцевого песка средней крупности) заполнителем из дробленого бетона (фракции менее 3 мм) при В/Ц-0,65 прочность снижается в среднем на 20% для бетона на вторичном гранитном и на 25% для бетона на вторичном известняковом заполнителях. При этом существенно ухудшается удобоукладываемость бетонных смесей.
Использование вторичных заполнителей
Использование вторичных заполнителей увеличивает деформативность бетона; она тем больше, чем меньше крупность заполнителя и прочность бетона, подвергаемого дроблению. Модуль упругости бетона на вторичных заполнителях снижается на 7-18% по сравнению с бетоном на природных заполнителях. Ухудшение прочностных свойств бетонов на заполнителях из дробленого бетона и возрастание их деформативности под нагрузкой могут быть компенсированы введением в смесь добавок суперпластификаторов.
Положительный эффект достигается при использовании крупного заполнителя из дробленого бетона в сочетании с природным кварцевым песком.
Применение крупного заполнителя из дробленого бетона не уменьшает, а в некоторых случаях увеличивает морозостойкость. Это обусловлено высокой прочностью сцепления зерен этого заполнителя и цементного камня. Применение мелкого заполнителя из дробленого бетона приводит к снижению морозостойкости из-за его высокого водопоглощения и, как следствие, повышенной капиллярной пористости бетона.
Повышение качества заполнителей из дробленого бетона достигается их активацией. Эффект активации заполнителей состоит в разрушении слабых зерен щебня или удалении остатков цементного камня, образовании свежих сколов, что приводит к повышению технических характеристик бетонов за счет улучшения качества контактной зоны.
Из методов активации можно отметить механические, химические и др. При механических методах активации дробленого бетона предусматривается самоизмельчение при перемешивании щебня в смесительных установках или их обработка в шаровых мельницах с металлическими шарами.
Хорошие результаты достигнуты в случае помола дробленого бетона со стальными шарами после предварительного низкотемпературного обжига. В данном случае был получен щебень, практически свободный от растворного компонента, а его свойства - дробимость, водопоглощение и насыпная плотность близки к аналогичным показателям исходного щебня.
В Москве введено несколько комплексов по утилизации железобетонных отходов. Однако существующая система переработки отходов далека от совершенства, имеющиеся установки по своей производительности и составу технологического оборудования не в состоянии обеспечить переработку всех строительных отходов, образующихся в городе.
Регенерация асфальтобетона
Реконструкция автомобильных дорог, строительство в городах магистральных дорог приводит к увеличению из года в год количества старого асфальтобетона, который может быть регенерирован и использован повторно. Повторное использование старого асфальтобетона позволяет существенно сократить расход нефтяного битума при производстве ремонтно-восстановительных работ.
Разрушение асфальтобетонных покрытий вызывается воздействием погодно-климатических условий и механических перегрузок от движущихся автотранспортных средств. При этом битум стареет - становится более жестким, повышается его температура размягчения и хрупкости, увеличивается вязкость, уменьшается растяжимость, нарастает содержание асфальтенов.
Минеральные частицы в асфальтобетоне вследствие механических воздействий подвергаются дезинтеграции, изменяется гранулометрический состав.
Для расчета состава асфальтобетона, получаемого из старого материала с добавлением нового битума и минеральных составляющих, необходимо определить гранулометрический состав и плотность минерального остова старого асфальтобетона после экстрагирования из него битума, вязкость или температуру размягчения и глубину проникания выделенного битума и его количественное содержание. Затем рассчитывают необходимое количество вновь добавляемых минеральных составляющих и битума. Регенерация на асфальтобетонном заводе дает экономию средств и материалов на 15-20%, регенерация на месте - примерно 30% (по сравнению с укладкой нового слоя толщиной 4 см), холодная регенерация - 30-40%.
Для восстановления свойств битума необходима его пластификация путем добавления менее вязкого битума, гудрона или высокоаро-матизированных тяжелых нефтяных фракций (например, экстрактов селективной очистки масел). Количество вводимых пластифицирующих добавок в старый битум составляет 8-12% от массы битума, содержащегося в старом асфальтобетоне.
В связи с изменением гранулометрического состава старого асфальтобетона при его регенерации вводят свежие каменные материалы в количестве 10-20% по массе.
Способы использования старых асфальтобетонных материалов
На основании накопленного опыта в практику использования старых асфальтобетонных материалов вошли в основном два способа:
1) предварительное нагревание отслуживших срок слоев асфальтобетонных покрытий, их разрыхление на глубину 4-5 см, добавление новых каменных материалов и битума (или готовой смеси), разравнивание и уплотнение. Все операции производят на ремонтируемом участке автомобильной дороги. Битум может быть введен в виде эмульсии. Можно добавлять гудрон или тяжелый экстракт селективной очистки масел для пластификации старого битума из покрытия;
2) снятие старого асфальтобетона, его транспортирование к смеси тельной установке, дробление до размеров не крупнее 50 мм, загрузка в смеситель принудительного действия с одновременным добавлением новых каменных материалов и вяжущего, доставка полученной асфальтобетонной смеси к месту восстановительных работ, ее укладка и уплотнение. Смесь может содержать до 80% старого асфальтобетона.
Кусковой старый асфальтобетон размером до 60 см из приемного бункера подается питателем / в щековую дробилку 2, откуда ленточным конвейером - на молотковую дробилку 3, где измельчается до частиц мельче 40 мм на гранулят, и непрерывным дозатором 4 подается в сушильно-смесительный агрегат 5. Необходимое количество добавочного щебня, песка и минерального порошка (обычно 20-40%) из агрегатов питания 6 и силосной банки 7 непрерывными дозаторами также подается в сушильно-смесительный агрегат. Добавочное количество битума (обычно 2-4% массы материала) подается в среднюю часть барабана 8. В барабанном смесителе происходит плавление гранулята, нагрев минеральной части и вбрызгивание битума 9. Готовая смесь выгружается в ковш скипового подъемника и направляется в бункер готовой продукции 10, а затем в автомобиль-самосвал.
Технологическая схема регенерационной асфальтосмесительной установки представлена на рис. 7.4.
