Исследование влияния отходов образующихся при производстве минераловатных теплоизоляционных материалов на свойства мелкозернистого бетона

В настоящее время приоритетным направлением стратегии научно-технического развития Российской Федерации является противодействие техногенным, биогенным, социокультурным и иным источникам опасности для общества, экономики и государства. В связи с этим важнейшей задачей экологической безопасности различных стран мира является разработка технологических способов и технических средств, ресурсосбережения и комплексной переработки техногенных материалов, получение на их основе продукции с высокими эксплуатационными характеристиками. Данная работа направлена на решение народно-хозяйственной задачи создания безотходных производств, ресурсосберегающих технологий разработки составов композиционных смесей (цементных и бесцементных), включающих техногенные материалы с различными физико-механическими характеристиками (базальтовые волокнистые отходы, кремнеземистые включения некондиционных теплоизоляционных изделий и отходов – «колольков», технический углерод – продукт низкотемпературной (Т≤500°С) термолизной технологии переработки органических ТКО и др.). Продукцией разрабатываемых технологий является: механоактивированные добавки, фибронаполнители и технический углерод (сорбционный материал) композиционных смесей с гетерогенными компонентами; высокоэффективные смеси и способы их получения, изготавливаемые на их основе бетоны широкого спектра назначения, а также – наиболее рациональные технологические способы и приемы комплексной переработки техногенных материалов и приготовления композиционных смесей в рециркуляционном смесителе комбинированного действия. Привлечение магистрантов, аспирантов и молодых ученых для решения научно-технических задач стимулирует приток молодежи в сферу науки, образования и высоких технологий. Способствует подготовке высококвалифицированных научных кадров, защиты кандидатских и докторских диссертаций. Так, за отчетный период в лаборатории подготовлена и защищена кандидатская диссертация Шорстовой Е.С. Младший научный сотрудник Шаповалова А.В. поступила в аспирантуру и выполняет диссертационную работу по теме исследований лаборатории. Сотрудники лаборатории активно взаимодействуют с ООО «ТК «Экотранс» научно-производственным предприятием по переработке органических и минеральных техногенных материалов, производству конкурентоспособной и экологически чистой товарной продукции технологических линий в реальных производственных условиях. Для выполнения поставленных целей и задач в лаборатории используются междисциплинарные подходы, объединены усилия специалистов различных научных направлений: специалистов в области материаловедения и экологов, разработки и создания инновационных технологий и процессов, проектирования ресурсо-энергосберегающих технологических комплексов, мобильных комплексов и оборудования. По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований, моделирования технологических процессов разработана конструкторско-технологическая документация, патентозащищенный состав композиционной смеси, а также составы бетонных смесей различного технического назначения (токопроводящие, экранирующие и др.) с использованием техногенного сырья. Разработана, спроектирована и изготовлена патентозащищенная опытно-промышленная конструкция рециркуляционного смесителя комбинированного действия. Объектами исследований являются ресурсо-энергосберегающие технологии для комплексной переработки органо-минеральных техногенных материалов и производства из них товарной продукции: композиционных смесей с гетерогенными компонентами, мелкозернистых бетонов и др. В ходе выполнения научно-исследовательской работы проведен анализ современных теоретических положений, технологий и технических средств для гомогенизации гетерогенных композиционных смесей. Дана классификация и конструктивные особенности смесительных агрегатов, используемых в инновационных технологиях. Определены перспективы развития ресурсо-энергосберегающих технологий для производства конкурентоспособной продукции из композиционных шихт с техногенными компонентами. Проведены исследования составов, свойств и процессов, структурообразования композитов с использованием технического углерода и «корольков» - включений теплоизоляционных волокнистых материалов. Предложены способы введения технического углерода в бетонную смесь и изучены физико-механические характеристики полученных мелкозернистых бетонов. Изучено структурообразование цементных систем с учетом способа введения технического углерода в сырьевую смесь и особенностей процессов их фазообразования. Установлена возможность применения мелкозернистого бетона на основе технического углерода для токопроводящих и экранирующих изделий и конструкций. Установлена перспективность использования отхода ТВМ и ТУ в качестве сорбционных материалов. Волокнистые отходы способны обеспечить высокую эффективность очистки сточных вод от тяжелых металлов (сорбционная емкость А = 46 мг/г достигается при использования ТВМ с Ср = 3000 мг/дм3). Разработаны составы геополимерного вяжущего с использованием механоактивированного волокнистого материала с Sуд = 300–330 м2/кг, что активизирует процессы взаимодействия компонентов при твердении геополимера с достижением прочности образцов при сжатии 23 МПа. С учетом проведенных исследований по разработке составов композиционных смесей (КС) и изделий из них, включающих техногенные материалы с различными физико-механическими характеристиками, реализованы дальнейшие этапы НИР: моделирование процессов постадийной гомогенизации КС с использованием специальных устройств рециркуляционного действия; теоретические и экспериментальные исследования процессов, реализуемых в рециркуляционном смесителе комбинированного действия; а также конструктивно-технологические разработки и создание опытно-промышленной конструкции патентозащищенного рециркуляционного смесителя многофункционального технологического назначения. Получены аналитические выражения для расчета кинематики взаимодействия и площади контакта лопастных устройств с гомогенизируемой шихтой; аналитические выражения для расчета геометрического профиля площади рабочей поверхности однозаходных и двухзаходных винтовых устройств. Произведен расчет потребляемой мощности привода камер смешения для различных схем установки устройств рециркуляционного действия. Установлены оптимальные конструктивно-технологические параметры смесителя с использованием однозаходных винтовых лопастей и технологические режимы его работы, обеспечивающие достижение коэффициента неоднородности композиционной смеси kн=10-15%. Разработан и изготовлен патентозащищенный рециркуляционный смеситель комбинированного действия, обладающий многофункциональными технологическими возможностями для производства гомогенных композиционных смесей и строительных изделий из них.