МЕТОД РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
МЕТОД РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Аннотация
В данной статье предложен вариант производства экологичного строительного материала на основе цемента, лузги подсолнечника и химических добавок. Разработана методика определения компонентов смеси для получения материала в зависимости от их количественного процентного соотношения. Экспериментальным путем было выявлено, что количество цемента в смеси напрямую зависит от количества сернокислого алюминия, а от количества лузги подсолнечника зависит содержание жидкого стекла. Проанализировав эти взаимосвязи, было принято решение о том, что, варьируя те или иные компоненты смеси, можно получать строительный материал заданный по прочности и теплопроводности (для несущих конструкций или перегородок).
1. Введение
В последние годы вопросы переработки и утилизации отходов производства являются наиболее актуальными. Президент РФ в 2017 г. издал Указ о Развитии экологической безопасности России «…тенденцией развития безопасности в экологии выступает повышение количества производственных отходов, тогда как утилизация этих отходов сводится к минимуму. Для получения максимального эффекта и достижения целей нужно решить задачу, «… эффективного использования природных ресурсов, повышение уровня утилизации отходов производства и потребления». Решать эту задачу нужно по приоритетному направлению: развитие системы эффективного обращения с отходами производства и потребления, создание индустрии утилизации, в том числе повторного применения таких отходов, а также активизация фундаментальных и прикладных научных исследований в области охраны окружающей среды и природопользования
.В настоящее время ежегодное производство семян подсолнечника в России насчитывает более 6 млн. т/г, и здесь возникает вопрос утилизации и переработки неиспользуемого сырья, такого как лузга подсолнечника, поскольку этот отход составляет порядка 21-30% от массы основного сырья
, . Масложировые предприятия, производящие подсолнечное масло, решают вопросы утилизации лузги подсолнечника. Поскольку при ее хранении и утилизации, возникают проблемы использования огромных производственных площадей, что противоречит нормам противопожарной безопасности, т.к. в летнее время отходы подсолнечника подвержены самовозгоранию. Одним из путей утилизации является вызоз, отходов на санкционированные свалки и закапывание его в отвалы. Но поскольку лузга подсолнечника имеет низкую насыпную плотность, то при транспортировке должно быть задействовано большое количество техники, что крайне невыгодно предприятию. Еще одним вариантом решения вопроса утилизации, является сжигание отхода, но если учесть контроль вредных выбросов в атмосферу, а мы знаем, что при сжигании выделяется большое количество СО2, то в данном случае этот вариант недопустим , , . Поэтому в решении данной проблемы нужно искать пути не только как правильно утилизировать отходы производства, но и как добиться экономического эффекта используя данный вид отходов, как вторичное сырье в производстве различных видов продукции. Что касается вариантов применения лузги подсолнечника, то свое широкое применение она получила в отрасли животноводства, при производстве кормов для скота , , . В гидролизной промышленности ее применяют для получения топливных брикетов. В то же время во всем мире известно об использовании сельскохозяйственных отходов в производстве экологичных строительных материалов. Легкие бетоны получают на основе дробленых стеблей хлопчатника, рисовой шелухи, льняного семя и дробленой лузги подсолнечника. Связующим, в этих материалах выступает цемент с применением различных химических добавок.2. Методы и принципы исследования
Объектом исследования является легкий строительный материал на основе цемента, лузги подсолнечника и химических добавок. Полученный строительный материал нашел широкое применение как в производстве несущих стен, так и в производстве более легких конструкций – стеновых перегородках. Плотность этого материала составляет от 450 до 900 кг/м3, теплопроводность варьируется от 0,07 до 0,18 вт/м
. По своей структуре этот материал является крупнопористым, поэтому на обогрев помещений требуется низкое энергопотребление. Поскольку материал изготовлен на основе природного компонента, лузги подсолнечника, он имеет легкую структуру и является экологичным строительным материалом.Что касается состава этого материала, то здесь мы проанализировали исследования ученых и решили, что применение химических добавок находятся в тесной связи с компонентами смеси. Для ускорения отвердевания цемента мы использовали химическую добавку в виде сернокислого алюминия, и применяли ее в соотношении 0,9-1,3% к массе цемента. Для устранения нейтрализующих выделений из лузги подсолнечника применяли жидкое стекло 7,9-12,1%
.Изготавливая смесь, мы можем заранее подсчитать суммарное количественное соотношение ее компонентов
Wсм:Wсм= Wц+Wса+Wлуз+ Wжс (1),
где Wц – количество цемента;
Wса – количество сернокислого алюминия;
Wлуз – количество лузги подсолнечника;
Wжс – количество жидкого стекла.
Wса можно представить в виде Wса = p1Wц (где p1 – коэффициент, количества сернокислого алюминия и количества цемента), а значение Wц=р2Wлуз (где р2 – коэффициент, количества жидкого стекла и количества лузги подсолнечника).
В зависимости от вида и назначения строительного материала, (теплоизоляционный или конструкционный) принимается количество цемента Wц =р3Wсм, где р3 – коэффициент количества цемента (19%, и выше).
Количество лузги подсолнечника находится в прямой зависимости с количеством цемента, получается Wлуз=р3Wсм,
Wжс=р4 Wлуз,
р4– количество жидкого стекла и количество лузги подсолнечника.
Получаем такое выражение:
Wсм= р2Wсм+ р1р2Wсм+ р3Wсм+ р3р4Wсм
1= р2 +р1р2 +р3 +р3р4 (2)
Количество смеси равно «1», а коэффициенты р1, р2, р3 принимаем: р1,= 0,01-–0,012; р2=0,2-0,8; р4 =0,8-1,2. В итоге получаем р3
р3= 1- р2(1+ р1)/1+ р4 (3)
Таким образом можно посчитать любое количество компонентов смеси, в зависимости от того, какой вид материала нам нужно получить. Для несущих конструкций или перегородок. Варьирую количественное содержание компонентов смеси можно получать материал с заданными свойствами.
На основе разработанной методики подбора смеси были изготовлены лабораторные образцы. в виде куба с размером ребра 100 мм. Наполнитель древесные отходы, высушивались до влажности 25 %. В емкость, в которой производился замес укладывалось необходимое количество заполнителя. AL2(SO4)3 (сульфат алюминия или сернокислый алюминий) разводился в воде до момента полного растворения. Далее в емкость с заполнителем заливалась вода с растворенным AL2(SO4)3. Заполнитель вымачивался сутки перед тем как к нему добавлялся цемент. Все перемешивалось до однородной консистенции. Жидкое стекло перемешивалось с водой, в необходимом количестве для получения раствора. Раствор должен представлять собой однородную массу. Опалубка заполнялась раствором на 1/3, трамбовалась стальной болванкой d 30 с высоты 100 мм. После этого укладывался слой хвои. Затем укладывался еще один слой раствора такой же по толщине и тоже трамбовался. Раствор укладывается и трамбуется до того момента пока высота утрамбованной смеси не будет равной высоте стенки опалубки или выше. Распалубка образцов производилась через сутки. Образцы укладывались на прокладки на 28 дней.
3. Основные результаты
В результате данного исследования была разработана методика подбора компонентов смеси, которая позволяет устанавливать количество компонентов задавая процентное соотношение по массе цемента, сернокислого алюминия, жидкого стекла и лузги подсолнечника. Получены лабораторные образцы легкого органического бетона. Данная методика позволит получать экологичные строительные материалы различного назначения, и их дальнейшего применения в качестве несущих конструкций или перегородок. В итоге при разработке оптимального состава сырьевой смеси для легкого строительного бетона было установлено, что количество химических добавок в виде сернокислого алюминия имеет прямую зависимость с количеством цемента, а количество жидкого стекла напрямую зависит от количества лузги подсолнечника. Варьируя эти показатели можно получать легкий бетон с заданными параметрами, нужной прочности и теплопроводности.
4. Заключение
Вопросы в области переработки и утилизации отходов сельскохозяйственного производства позволили сделать вывод о том, что наиболее рациональным является использование отходов масложирового производства. Лузга подсолнечника – кладезь полезных компонентов, поэтому она нашла свое применение во многих сферах. Ее применение в качестве наполнителя для производства экологичного строительного материала достаточно новое и перспективное направление, которое позволяет решать вопросы сохранения окружающей среды и эффективно использовать природные ресурсы.