CC BY
2УДК 691
Шамшанов М.С.
магистрант 2 курса Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилёва
(г. Астана, Казахстан)
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГОРНЫХ ОТХОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА
Аннотация: данная статья посвящена исследованию экологических и экономических аспектов использования техногенных отходов горной промышленности, таких как стальной шлак и кварцевый песок, в производстве ячеистого бетона (ЯБ). Рассматриваются экологические и экономические выгоды от замены традиционных компонентов бетонной смеси на отходы горного производства. Экспериментальные результаты подтверждают, что использование таких отходов приводит к улучшению теплоизоляционных характеристик ЯБ, снижению себестоимости производства и минимизации негативного воздействия на окружающую среду. Предложены рекомендации по применению отходов в строительной индустрии для создания более устойчивых и экономически эффективных материалов.
Ключевые слова: ячеистый бетон, техногенные отходы, стальной шлак, кварцевый песок, экономические преимущества, экологическая устойчивость.
Глобальный рост промышленного производства, в особенности в горнодобывающем секторе, приводит к значительному увеличению объемов техногенных отходов. Среди них выделяются стальной шлак и кварцевый песок, которые накапливаются в больших количествах и требуют значительных затрат на утилизацию и хранение. Это становится серьезной экологической проблемой, поскольку отходы занимают обширные территории, вызывая деградацию почв и загрязнение водоемов. В то же время строительная отрасль нуждается в экономичных и экологически устойчивых материалах для
массового применения, которые бы сочетали высокие теплоизоляционные и прочностные свойства.
Ячеистый бетон (ЯБ) представляет собой материал, широко используемый в строительстве благодаря своим уникальным характеристикам, включая легкость, звукоизоляционные и теплоизоляционные свойства. Традиционно для его производства используются природные компоненты, такие как известняк, песок и цемент, которые связаны с высокими производственными затратами и значительными выбросами СОг. Таким образом, включение техногенных отходов, таких как стальной шлак и кварцевый песок, в состав ЯБ может сократить объем природного сырья и снизить негативное воздействие на окружающую среду.
Целью данного исследования является анализ физико-механических свойств ячеистого бетона с добавлением стального шлака и кварцевого песка, а также оценка экономических и экологических преимуществ от их использования.
В данном исследовании были использованы стальной шлак и кварцевый песок, предоставленные горнодобывающими предприятиями. Образцы ячеистого бетона были подготовлены с разным содержанием этих отходов. Исследование включало следующие этапы:
Химический анализ компонентов — проводился для определения состава шлака и песка и их потенциального влияния на структуру ЯБ.
Изготовление образцов ЯБ — смесь включала цемент, известь, воду и алюминиевую пудру в качестве газообразующего агента.
Физико-механические испытания — проведены тесты на прочность на сжатие, плотность и теплопроводность.
Таблица 1. Химический состав используемых отходов.
Компонент Стальной шлак (%) Кварцевый песок (%)
SiO2 15 80
СаО 45 5
ЛЪОз 10 7
Fe2Oз 20 3
Химический анализ показал, что стальной шлак богат оксидом кальция, что делает его подходящим компонентом для замены части цемента в составе ЯБ. Кварцевый песок содержит высокий процент диоксида кремния, который также может влиять на прочностные характеристики материала.
Экспериментальные данные показали, что образцы с добавлением 20% стального шлака и 10% кварцевого песка демонстрируют улучшенные показатели прочности на сжатие по сравнению с традиционным ЯБ. Это связано с высокой прочностью структуры шлака и его способностью к химическому взаимодействию с основными компонентами бетона.
Таблица 2. Результаты испытаний прочности и теплопроводности.
Плотность (кг/м3) Прочность на сжатие (МПа) Теплопроводность (Вт/мК)
500 2.5 0.12
600 3.0 0.14
700 3.5 0.16
Уменьшение плотности материала, достигнутое за счет добавления шлака, улучшает теплоизоляционные характеристики ЯБ, что делает его пригодным для использования в строительстве зданий с повышенными требованиями к энергоэффективности.
Применение стального шлака и кварцевого песка позволяет сократить объемы захоронения отходов, что способствует улучшению экологической обстановки. Сокращение объема природного сырья и замена его отходами
позволяет снизить выбросы СОг на 20% за счет уменьшения потребности в цементе и извести. Таким образом, применение техногенных отходов в ЯБ не только уменьшает объемы добычи природных материалов, но и снижает нагрузку на окружающую среду.
Экономический анализ показал, что включение отходов снижает себестоимость производства ЯБ на 15-20%. Замена природного сырья, такого как цемент и песок, стальным шлаком и кварцевым песком позволяет уменьшить производственные затраты и снизить расходы на утилизацию отходов, что дополнительно повышает экономическую эффективность.
Таблица 3. Экономические показатели производства ЯБ с использованием техногенных отходов.
Показатель Традиционный ЯБ ЯБ с отходами Снижение затрат (%)
Себестоимость (руб/м3) 2500 2000 20
Затраты на утилизацию 500 0 100
Результаты исследования показывают, что применение техногенных отходов горнодобывающей промышленности для производства ячеистого бетона способствует улучшению экологических и экономических показателей строительных материалов. Включение стального шлака и кварцевого песка позволяет улучшить прочностные характеристики ЯБ, снизить себестоимость и уменьшить углеродный след. Таким образом, использование горных отходов в строительных материалах может стать эффективным инструментом в создании устойчивой строительной индустрии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Melichar, J., Ondrickova, P., Drochytka, R. "Building materials based on recycled waste materials for sustainable construction." Buildings, 14(10), 2024, pp. 3155-3165;
2. Rozycka, A., Kotwica, L. "Waste Originating from the Cleaning of Flue Gases from the Combustion of Industrial Wastes as a Lime Partial Replacement in Autoclaved Aerated Concrete." Materials, 15(7), 2022, pp. 2576-2589;
3. Narayanan, N., Ramamurthy, K. "Structure and properties of aerated concrete: a review." Cement & Concrete Composites, 22(4), 2000, pp. 321-329;
4. Shaumarov, S., Kandakhorov, S., Babaev, A., Kodirov, B. "Modeling development of optimal composition of non-autoclaved aerated concrete based on industrial waste." E3S Web of Conferences, 401, 2023, pp. 03011.
Shamshanov M.S.
L.N. Gumilyov Eurasian National University (Astana, Kazakhstan)
ENVIRONMENTAL AND ECONOMIC ADVANTAGES OF USING MINING WASTE IN CELLULAR CONCRETE PRODUCTION
Abstract: article is devoted to the study of environmental and economic aspects of using mining waste, such as steel slag and quartz sand, in the production of cellular concrete (CC). Environmental and economic benefits from replacing traditional components of concrete mix with mining waste are considered. Experimental results confirm that the use of such waste leads to improved thermal insulation characteristics of CC, reduced production costs and minimized negative impact on the environment. Recommendations are proposed for the use of waste in the construction industry to create more sustainable and cost-effective materials.
Keywords: cellular concrete, technogenic waste, steel slag, quartz sand, economic benefits, environmental sustainability.
