Переработка, захоронения, обезвреживания и сбор промышленных отходов является одной из актуальных проблем окружающей среды. С экономической стороны вторичная переработка отходов невыгодна для хозяйствующих субъектов. Однако используя отходы можно решать несколько экологических проблем, как экономии значительного количества топлива и энергии и сохранение природных ресурсов.
Наиболее ценными вторичными ресурсом является стеклянный бой. Переработка стеклянного боя экономически выгодна и объемных энергетических затрат не требует. Результатами реализации вторичной переработки стеклобоя решаются следующие задачи:
− эстетическая это − возможные внедрение раздельного сбора может предполагать эксплуатацию контейнеров и мусоровозов, которые более пропорционально вмещается в развитию города;
− экологическая − уменьшение использования природных ресурсов за счет того что можно делать возврат в производство и продление срока действия полигонов твердо-бытовых;
− экономическая это − главным образом, получение дохода от реализации и использования вторичных отходов и удешевление бетона за счет использования стеклобоя (вторичное сырье), а также усовершенствование физико-механических свойств бетона[1].
Актуальность исследовательской работы является утилизация отходов стекла и применить стеклобой для изготовлений высокопрочного бетона.
Главной задачей является исследовать возможность замещения части цемента в составе тяжелого бетона с мелкодисперсным стеклом.
Бетон самый распространённый материал используемый в строительстве. Он является сложным композиционным материалом, состоящий из цементного вяжущего, воды, минеральных заполнителей и модифицирующих добавок[2].
Для получения высокопрочного бетона необходимо соблюдать пропорциональность состава к другим используемым материалам, как песок, цемент, щебень и вода. А как напонитель используем измельченное стекло. Так как тонкомолотое стекло будет использован в виде наполнителя вместо цемента, сходство структур стекла и цемента немало важно (Талица 1).
Таблица 1- Химический состав стекла и цемента
Химический состав |
Стекло |
Цемент |
SiO2 |
73,5 % |
20,2 % |
Al2O3 |
0,4 % |
4,7 % |
CaO |
9,2 % |
61,9 % |
Fe2O3 |
0,2 % |
3,0 % |
MgO |
3,3 % |
2,6 % |
Na2O |
13,2 % |
0,19 % |
K2O |
0,1 % |
0,82 % |
SO3 |
0, 5% |
3,9 % |
Как видно в таблице в стекол присутствует около 7 % оксида кальция. По некоторым литературным данным материалы, обладающие менее 15 % оксида кальция, вяжущими качествами не владеют. Повышение пуццолановой воздействий в тонкомолотых шлаках дает возможность сделать аналогичный вывод касательно к мелкодисперсному стеклу, те есть вяжущие свойства оксида кальция будут обнаруживаться при измельчении стекла. [3].
В работе помол стекла в размере до 50 мкм был произведен в вибрационном истирателе 75 Т – ДРМ (Рисунок 1). Тонкость помола стеклянного порошка прагматично согласовывается в тонкости помола цемента, а зерна стекла не имеют игольчатой формы.
Рисунок 1 –75 Т –ДРМ-Вибрационный истиратель
Эксперимент был проведен в лабораторий архитектурно-строительного факультета, Карагандинского Государственного технического университета. Всего было отформовано и испытано 18 образцов на 14 и 28 суток. Из них 6-образцы без стекла(контрольный), 6-образцы содержали 10 % стекла и 6-образцы содержали 15 % стекла. С целью экономия цемента, количество цемента пропорционально уменьшалось.
Размеры образцов 10х10х10 см, технология бетонирования, а также обработка образцов и количество бетонов согласно требованием стандарта. Был использован цемент марки Портландцемент М 400, щебень с диаметром 5-20 мм, песчано-гравийная смесь с крупностью до 20 мм и тонкомолотое стекло. Состав образцов указан на таблице 2.
Таблица 2 – Состав образцов
Без добавления стекла (контрольный) |
10 % Стекла |
15% Стекла |
|||
Цемент, г |
1155 |
Цемент, г |
1040 |
Цемент, г |
985 |
Песок, г |
2100 |
Песок, г |
2100 |
Песок, г |
2100 |
Щебень, г |
4445 |
Щебень, г |
4445 |
Щебень, г |
4445 |
Вода, г |
695 |
Вода, г |
625 |
Вода, г |
595 |
Стекло, г |
115 |
Стекло, г |
170 |
За день вперед до бетонирования на электронных весах были взвешены все составы. Для получения образцов смешивается цемент, песок, щебень и стекло. Затем готовые смеси заливается в кубические формы 10х10×10 см (рисунок 2) и для уплотнения смесей ставится на вибрационный стол на 1 минут (рисунок3). После уплотнения на вибрационном столе образцы нумеруются, и ставится на затвердевание (рисунок4). Образцы хранились в месте для хранения в опилочном ящике в возрасте 14 и 28 дней.
Рисунок 2-Кубические формы (10х10х10 см) |
Рисунок 3-Вибрационный стол |
Рисунок 4-Образцы |
Образцы были испытаны на лабораторном гидравлическом прессе ПСУ-125 (Рисунок 5). При испытаний бетонных кубов учитывались имевшие только стандартный характер разрушения.
Рисунок 5 – Лабораторный гидравлический пресс ПСУ-125
С определением разрущающей нагрузки с помощью гидравлического пресса по формуле (1) вычеслились прочности бетона[4].
где, F- разрущающая нагрузка, Н;
А-площадь рабочего сечения образца , А=100;
K-поправочный коэффициент для ячеистого бетона, учитывающей влажность образцов в момент испытания, K=0, 95.
Результаты испытаний образцов представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Результат испытаний бетонных кубов
Куб | Содержание молотого стекла, % |
Водопотребность, л/м3 |
Средняя плотность
кг/м3 |
Прочность бетона на сжатие(МПа) в возрасте, сут. |
|
14 | 28 | ||||
1 | - | 695 | 2337 | 147,25 | - |
2 | - | 695 | 2285 | 166,25 | - |
3 | - | 695 | 2318 | 173,4 | - |
4 | 10 | 625 | 2330 | 147,25 | - |
5 | 10 | 625 | 2317 | 142,5 | - |
6 | 10 | 625 | 2254 | 133 | - |
7 | 15 | 595 | 2335 | 185,25 | - |
8 | 15 | 595 | 2352 | 174,1 | - |
9 | 15 | 595 | 2340 | 173,4 | - |
10 | - | 695 | 2365 | - | 161,5 |
11 | - | 695 | 2365 | - | 142,5 |
12 | - | 695 | 2492 | - | 156,75 |
13 | 10 | 625 | 2373 | - | 180,5 |
14 | 10 | 625 | 2372 | - | 166,25 |
15 | 10 | 625 | 2362 | - | 166,25 |
16 | 15 | 595 | 2361 | - | 218,5 |
17 | 15 | 595 | 2404 | - | 220,875 |
18 | 15 | 595 | 2326 | - | 235,125 |
Когда заменяли, 10 % цемента с мелкодисперсным стеклом прочность бетонов при испытании на сжатие на 14 суток в 2 случаях из 3 была ниже, чем прочности контрольных образцов. То есть замена 10% цемента с мелкодисперным стеклом не хватает для улучшения прочности бетона. Средняя прочность образцов 140,9 кг/см2.
А при замене 15% цемента мелкодисперсным стеклом прочность бетонов при испытании на сжатие в 3 случаях из 3 превышала, чем контрольных образцов. Итак, при замене 15 % цемента молотым стеклом увеличивает прочность бетона. Средняя прочность образцов 177,6 кг/см2.
Рисунок 6- Прочности образцов при испытаний на 28 дней
А при испытании образцов на 28 суток при замене 10 % цемента с мелкодисперным стеклом 3 серий из 3 превышала прочность контрольных образцов. Средняя прочность образцов 171,9 кг/см2.
Замена 15% цемента с тонкомолотым стеклом прочность бетонов при испытании была намного выше чем контрольных образцов. Средняя прочность образцов 22483 кг/см2.
Рисунок 7 – Прочности образцов при испытаний на 28 дней
Замена 15 % цемента мелкодисперсным стеклом повышает прочность бетонов на 10%. Из проведенных исследований можно сделать вывод, что использование мелкодисперсного стекла для замены части цемента является приемлемым способом для уменьшения использования цемента, так и для улучшения прочностных свойств бетонной смеси.
Экономический эффект от применения предложенного метода в промышленности строительных материалов является замена цемента мелкодисперсным порошкообразным стеклом, что влечет удешевление себестоимости, а также повышение качество бетона. За счет простоты технологии получения такого бетона, его внедрение в производство является возможным и осуществимым.
Библиографический список
- Еgоsi, N.G. Utilizаtiоn оf Wаstе Mаtеriаls in Civil Еnginееring Cоnstruсtiоn. in Mixеd Brоkеn Glаss Prосеssing Sоlutiоns. 1992: ASCE.
- O.Я.Бeрг, E.Н.Щeрбaкoв, Г.Н.Пиcaнкo / Выcокoпрoчный бeтoн. Мoсквa, 1971;
- Mеyеr, С. Rеcyclеd Glаss – frоm wаstе Mаtеriаl tо Vаluаblе Rеsоurcе. in Rеcyсling аnd Rеusе оf Glаss Cullеt 2001. Dundее, Scоtlаnd.
- Межгосударственный стандарт//Бетоны//ГОСТ 10180-2012//Методы определения прочности по контрольным образцам.