CC BY
17/к Т TV ГЛ ОЛ •• \ Л О mt Г Г Л Г •• ЛЛЛ /\ ^ i ГЛ Л Л ГЛ Л Л Л
0.1. Daoeiaaaa, а-о oaoi. iaoe, idio., O.A. Aieeaiiaa, ani.
Aaääidiäneee äinoaadnoaaiiüe oaouäiäe+aneee oieaadneoao
m,
ei. a.a. 0ooiaa
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГО-И МАТЕРИАЛОЕМКОСТИ, ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Рассмотрены проблемы снижения энерго- и материалоемкости строительных материалов и изделий путем совершенствования технологий их производства и использования интенсификато-ров твердения. Особое внимание уделено расширению масштабов использования древесины в строительстве путем создания генно модифицированных древесных пород.
Строительный комплекс является одним из крупнейших потребителей энергетических и минеральных ресурсов. По уровню потребления топлива он уступает лишь электроэнергетике и металлургии. По масштабам же переработки и использования минерального сырья строительное производство не имеет себе равных. В связи с этим одной из важнейших проблем является снижение энергоемкости и материалоемкости производства строительных материалов и изделий. В пер спективе в озможны р азличные напр авления ее реализации.
Из цементов самым многотоннажным является портландцемент, на долю которого приходится более 90% всего производства вяжущих материалов, поэтому снижение энергоемкости технологии его производства дает наиболее весомую экономию энергоресурсов. Авторы полагают, что наиболее перспективным является выпуск многокомпонентных тонкомолотых вяжущих веществ с минимальным (не более 20%) содержанием клинкера [1].
Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что при этом имеет значение также и активность минеральной добавки по поглощению извести, поэтому доменные гранулированные шлаки и зола-унос тепловых электростанций во многих случаях эффективнее, чем кварцевый песок [1]. С этой точки зрения наиболее ак-
тивными являются добавки осадочного происхождения, но их эффективность сводится на нет высокой водо-потребностью. Нужны активные минеральные добавки, не влияющие на водопотребность цементных систем, поэтому наилучшей добавкой к портландцементу является безводный сульфоалюминат кальция, открытый Т. А. Рагозиной [2].
Прочность и скорость твердения цементов на основе малоактивных вяжущих с высоким содержанием минеральных добавок может быть резко повышена путем их сверхтонкого измельчения, которое, однако, является энергоемким процессом, особенно при использовании традиционных барабанных мельниц, коэффициент полезного действия которых ниже, чем у паровоза. Широкое внедрение новых помольных аппаратов - валковых, струйных, дезинтеграторных и т.п. - позволит резко снизить расход энергии на помол [3].
Не меньший интерес представляет и проблема производства материалов строительного назначения на основе карбоната кальция, особенно такой его дешевой и доступной разновидности, как мел. Известны ракушки морских организмов, состоящие из кальцита, материал которых имеет предел прочности до 150 МПа при растяжении, что выше, чем у гранита и других природных материалов неорганического происхождения, тем более известняка и мрамора.
Одной из причин того, что искусственные стр оитель-ные материалы значительно уступают природным по механической прочности и долговечности, является несовершенство структуры первых. Причиной этого является слишком большая скорость нагрева и охлаждения, чрезмерные градиенты скорости деформации при формовке изделий и множество других, пока не исследованных факторов. Большой опыт в исследовании механизма формования камня из зернистых материалов имеют специалисты по литологии.
В работе [4] сделана важная первая попытка применения некоторых данных литологии в строительном материаловедении. Еще более перспективно исследование структуры неорганических каменных материалов животного происхождения, например, костей, раковин моллюсков, яичной скорлупы и т.п.
В настоящее время в дорожном строительстве применяются различные грунтоцементные смеси, которые позволяют создавать укрепленные основания автомобильных дорог. В качестве вяжущего в них используют портландцемент, известь, шлаки. Представляется , что эти материалы очень перспективны для малоэтажного строительства, так как обладают хорошими тепло-, звукоизоляционными, а так же гигиеническими свойствами. Из этих материалов можно изготавливать не только штучные изделия, но и монолитный бетон. Этот материал можно широко применять в регионах с умеренными осадками.
С точки зрения экологии очень важно уменьшить материалоемкость строительного комплекса, который, как уже отмечалось выше, характеризуется очень большим расходом природных сырьевых материалов. Это может быть достигнуто путем уменьшения средней плотности строительных изделий, а также толщины ограждающих конструкций. Одним из важнейших путей решения этой проблемы является использование поризованных материалов и изделий, в том числе газо-и пенобетонов нормального и автоклавного твердения, так же пустотных штучных изделий. В них в качестве заполнителя вместо кварцевого песка или щебня из гранита, базальта используется воздух. При этом средняя плотность строительных изделий может быть снижена до шести и более раз.
Актуальность проблемы расширения производства пено- и газоцементных изделий постоянно возрастает в связи с исчерпанием запасов кондиционных песков и отсутствием в Центральном и Центральночерноземном районах Российской Федерации высококачественного сырья для производства крупного заполнителя.
Возможен также альтернативный вариант увеличения термического сопротивления ограждающих конструкций - изготовление их из материалов с коэффициентов теплопроводности 0,5.. .0,8 Вт/м-град и в 2.. .2,5 раза большей толщиной стен. Это может быть экономически целесоо бр азно, если стенов ой м атериал изго -тавливать из грунто-цемента, а тем более из горелых пород, шлака и других промышленных отходов, утилизация которых в отдельных регионах превратилась в серьезную экологическую проблему.
Одной из наиболее острых является проблема ускорения твердения и повышения марочной прочности материалов и изделий гидратационного твердения с помощью специальных добавок. К числу ускорителей твердения портландцемента с различным механизмом действия относятся, прежде всего, соли неорганических кислот, например, хлористый кальций, сульфаты кальция и натрия. Хотя эти добавки имеют серьезные недостатки. Так, хлористый кальций ускоряет коррозию арматуры, и его дозировка должна быть ограничена. Кроме того, повышая на 15-25% прочность камня в возрасте 1.7 суток, позднее хлористый кальций ее снижает. При этом уменьшается также коррозионная стойкость камня в условиях физической и химической агрессии.
Еще более серьезными недостатками как ускоритель твердения портландцементных систем обладают сульфаты натрия и кальция. Превышение дозировки сульфатов более 3,5.4% не только снижает марочную прочность камня, но и резко уменьшает его трещиностой-кость, что обусловлено кристаллизацией эттрингита. В связи с этим необходимо использовать сульфат натрия под жестким контролем содержания в цементе гипса.
Как слабый ускоритель твердения изучены соли муравьиной кислоты, а также сульфаниловая кислота и ее соли [5]. В большинстве современных публикаций по ускорителям твердения полностью отсутствуют сведения об их составе, что затрудняет оценку их достоверности.
Прогресс в поиске и разработке эффективных ускорителей цементных систем тормозится отсутствием теории формирования структуры цементного камня и теории его разрушения. Есть основание предполагать, что теория твердения цементных систем, обладающая достаточным прогнозным потенциалом, вряд ли будет создана в ближайший десяток лет, так как за последние 50 лет в этом направлении достигнуты очень скромные результаты.
Однако накопленный к настоящему времени эмпирический материал и достижения современной физи-кохимии твердого состояния позволяет в течение текущего десятилетия достичь серьезного прорыва в разработке эффективных ускорителей твердения цементных систем.
Человечество стало уделять все большее внимание экологии среды своего обитания, особенно жилья. Возрастают требования к экологическим показателям строительных материалов и изделий. С этой точки зрения непревзойденным строительным материалом является натуральная древесина, поэтому современные деревянные дома относятся к элитному жилью и стоят дороже рядовых построек. Масштабы строительства жилья из древесины сдерживаются несовершенством технологии выращивания деревьев. Однако, нет сомнений в том, что в ближайшие 2.3 десятилетия будут разработаны интенсивные технологии производства древесных растений, позволяющие во много раз ускорить рост деревьев, повысить их качество и снизить стоимость. Гарантией этого являются огромные успехи генной инженерии в последние годы.
При сравнительной оценке технико-экономических показателей искусственных строительных материалов и древесины необходимо учитывать, что последняя относится к числу возобновляемых ресурсов, а первые -нет. Добыча и переработка глины, песка, известняка, мела, прир одного камня наносит существенный и трудно поправимый ущерб окружающей среде. В этой связи уместно напомнить, что 40 лет тому назад местная строительная организация начала производить щебень из скальных пород горы Машук под Пятигорском.
Если бы эта пагубная инициатива не была пресечена благодаря вмешательству общественности, от знаменитых гор Пятигорска сейчас бы мало что осталось и неповторимый ландшафт и микр оклимат этого региона были бы нарушены. В то же время опыт Финляндии показывает возможность интенсивного производства древесины с применением эффективных технологий воспроизводства лесонасаждений. Если наладить технологии производства древесины на основе достижений генной инженерии и не только в холодной Финляндии, но и в тропиках, то ее стоимость может быть снижена многократно. Исходя из изложенного, авторы полагают, что производство строительных материалов и изделий из натуральной древесины в ближайшие десятилетия должно резко возрасти.
Это связано со значительным расширением лесопосадок. Если широко использовать генно модифици-
р ов анные пор оды деревьев, устойчивых к пониженным температурам, дефициту или избытку влага, избытку солей в почве, то можно увеличить площади лесных насаждений строительного назначения на земном шаре в кратное число раз. Это не только позволит решить проблему качественного жилья, но и окажет исключительно благоприятное влияние на климат нашей планеты, будет способствовать снижению содержания углекислого газа в атмосфере, ослабит парниковый эффект, будет способствовать смягчению климатических колебаний и катаклизмов. Перечислить все многообразие положительных эффектов предложенных мероприятий довольно трудно. В то же время вряд ли есть отрицательные последствия их реализации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1. Рамачандран В., Фельдман Р., Бодуэн Дж. Наука о бетоне. М.: Стройиздат. 1986. 380с.
2. Волженский А.В. Вяжущие вещества. М.: Стройиздат. 1986. 426с.
3. Schneider L. T. Экономия энергии в цементопромышленных установках // World cem. 1985. 2 Р.42-50.
4. Строкова В.В. Влияние генетических особенностей кварца на синтез новообразований в системе СаО-8Ю2-Н2О //Авто-реф. ... к .т.н., М.: МИКХиС, 1997. - 22с.
5. РахимбаевШ.М., Баш С.М. Способ приготовления цементного раствора. А.с. 290001 СССР // Опубл. 22.12.70 Б .И. №°2. С.17-18.
