Производство модифицированного арболита

_{1. Аналитический обзор}

_{1.1 Состояние и перспективы развития производства и применения арболита в строительстве}

_{1.2 Анализ образования и переработки твердых промышленных и бытовых отходов в Красноярском крае}

_{1.3 Анализ возможности использования твердых промышленных и бытовых отходов в производстве арболита}

_{2. Программа и методика исследований}

_{2.1 Теоретические взгляды на технологию производства и структурообразование арболита}

_{2.2 Программа и методика проведения эксперимента}

_{2.3 Анализ процесса рециклинга твердых промышленных и бытовых отходов в производстве арболитовых изделий}

_{2.4 Выбор основных характеристик моделей}

_{3. Результаты экспериментальных исследований}

_{3.1 Лабораторные установки для проведения исследований}

_{3.2 Сырье и материалы}

_{3.3 Последовательность проведения экспериментов}

_{3.4 Методики определения физико — механических показателей арболитовых блоков}

_{3.5 Результаты экспериментальных исследований}

_{4. Экология города Лесосибирска}

_{4.1 Состав и характеристики состава загрязняющих веществ в городе Лесосибирск}

_{4.2 Оценка и анализ системы загрязняющих веществ в Унифицированной программе расчета загрязнения атмосферы «Эколог», вариант «Стандарт»}

_{5. Экономическая часть}

_{Заключение}

_{Библиографический список}

Социально-экономическое развитие, стимулируемое ростом численности населения планеты, сопровождается обострением негативных проблем, лежащих в сфере экологии и безопасности жизнедеятельности. Наибольшую остроту приобретают загрязнения и захоронения твердых промышленных и бытовых отходов.

Необходимость выполнения требований санитарных норм и норм пожарной безопасности обусловило появление компаний по рециклингу твердых промышленных и бытовых отходов. Однако данный тип отходов можно использовать в производстве строительных материалов, путем введения их в структуру в качестве вторичного сырья.

Вместе с тем рециклинг твердых промышленных и бытовых отходов в широких промышленных масштабах остается не реализованным, что связано, в том числе, с недостаточной эффективностью известных технических решений.

В настоящей работе научно обосновывается возможность использования твердых промышленных и бытовых отходов в производстве арболитовых изделий. В результате решения данной проблемы возникает ряд задач:

1. Проанализировать применение арболитовых изделий в строительстве.

2. Проанализировать образование и переработку твердых промышленных и бытовых отходов.

3. Спланировать и реализовать однофакторные эксперименты по определению зависимостей физико-механических свойств арболитовых изделий от процентного соотношения фракционного состава стекла, полиэтилентерефталата, коры и вермикулита.

1. Аналитический обзор

_{1.1 Состояние и перспективы развития производства и применения арболита в строительстве}

_{Арболит — легкий бетон, получаемый на минеральном вяжущем и органическом целлюлозном заполнителе растительного происхождения, химических добавок и воде. Поэтому арболиту присущи прочность, огнестойкость, биостойкость бетона и небольшая плотность, теплопроводность, легкость обработки режущим инструментом и гвоздимость древесины.}

_{Арболит (ГОСТ-19 222−84) имеет марки 5,10,15,25,35,50 и в зависимости от средней плотности в высушенном до постоянной массы состоянии подразделяются на:}

— Теплоизоляционный со средней плотностью до 500 кг./м3;

— Конструкционный со средней плотностью от 500 до 800 кг./м3.

_{Благодаря положительным свойствам арболитовые изделия нашли широкое применение в строительстве. Это стеновые панели и блоки, плиты покрытия для совмещенных кровель плиты перекрытия, усиленные железобетонными брусками или несущей основой, перегородочные плиты для первых этажей культурно-бытовых зданий и магазинов, теплои звукоизоляционные плиты, объемно-пространственные конструкции, монолиты и т. п. Имелся опыт производства и применения в жилищном строительстве плит сборной стяжки под линолеум и паркет.}

_{Арболит зарекомендовал себя отличным стеновым материалом. Благодаря крупнопористой структуре этот легкий бетон обладает ценными, особенно для сельскохозяйственного строительства, качествами: высокой теплоизолязией и способностью поддерживать осушающий режим в помещениях, не конденсируя влаги на поверхности и не повышая влагосодержания в стенах.}

_{Арболит нашел широкое применение в сельском жилищном строительстве. Эффективность применения арболита в качестве стенового материала обусловлена его малой средней плотностью, хорошими теплои звукоизоляционными свойствами.}

_{В настоящее время наибольшее распространение получило строительство крупноблочных домов из арболита 115 серии, наименьшее — крупнопанельных домов с панелями размером на комнату.}

_{Наиболее перспективные проекты жилых домов 115 серии из крупных арболитовых блоков следующие}

— ТП 183−115−119/1.2 «Одноэтажный одноквартирный трехкомнатный дом»;

— ТП 183−115−54 «Одноэтажный двухквартирный трехкомнатный дом»;

— ТП 141−115−5/75 «Двухэтажный двухквартирный блокированный в двух уровнях, четырехкомнатный дом».

_{Основные стеновые блоки имеют следующие размеры 290Ч180 мм, 290Ч580 мм, толщина наружных стеновых блоков принимается 240 и 280 мм. Толщина внутренних блоков 200 мм. Стеновые блоки изготавливают из арболита М25, он с двух сторон офактуривается цементным раствором. Марка по прочности на сжатие наружного слоя 100. Марка раствора внутреннего отделочного слоя 50. Толщина фактурного слоя 10 мм.}

_{Панели из арболита для жилищного строительства имеют максимальный размер 400Ч250Ч300 мм (ПН 48−1-30), толщина наружных панелей для температуры наружного воздуха до -40°С составляет 300 мм.}

_{Особенность арболита по сравнению с такими аналогичными материалами, как фибролит, деревобетон, ксилолит и др., состоит в том, что для его получения пригодна более широкая номенклатура органических целлюлозных заполнителей различной природы (древесная дробленка, костра льна и конопли, сечка тростника, стеблей хлопчатника, рисовой соломы и др.), т. е. отходы производства, запасы которых в нашей стране практически не ограничены.}

_{В сельскохозяйственном строительстве изделия из арболита широко применяются в виде стеновых панелей и блоков. Haкоплен определенный опыт применения арболита при строительстве промышленных сооружений, жилых и культурно-бытовых зданий. На основе арболита можно также получать плиты покрытия и перекрытия, плиты основания под линолеум и паркет, теплоизоляционные изделия, пространственные конструкции и др.}

_{За рубежом использование отходов деревообработки для получения строительных материалов, подобных арболиту, на минеральном вяжущем и органическом целлюлозном заполнителе получило широкое распространение. Эти материалы, вырабатываемые по различным технологиям, имеют фирменные названия: «дюризол» в Швейцарии, «вундстроун» в США, «чентери-боад» в Японии, «дюрипанель» в Германии, «велокс» в Австрии. Изделия хорошо зарекомендовали себя и широко применяются при возведении одноэтажных и высотных зданий различного назначения. Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует о том, что по строительным, экономическим и эксплуатационным свойствам арболит является эффективным строительным материалом. Поэтому арболиту в нашей стране уделяется большое внимание.}

_{Производство и применение арболита позволяет снизить материалоемкость, энергоемкость, массу здания и удельные капитальные затраты на изготовление 1 м² стенового материала по сравнению с бетоном на пористых заполнителях. Одновременно решается и другая важная народнохозяйственная задача — защита окружающей среды от загрязнения отходами промышленного и сельскохозяйственного производства.}

_{При современных темпах развития капитального строительства наблюдается интенсивный рост потребления местных материалов и продуктов их переработки. В то же время рост перерабатывающей промышленности опережает рост объема лесозаготовок, что истощает запасы леса в традиционных районах лесозаготовок, а освоение лесов в северных и восточных районах страны требует больших дополнительных капитальных вложений на строительство дорог.}

_{Неполное использование отходов лесоматериалов — большая экономическая потеря для народного хозяйства. Известно, что коэффициент выхода продукции при переработке древесины крайне низок. Так, для получения 1 м³ погонажных изделий расходуется 2,8—3,3 м³, для выработки 1 м³ фанеры — 4 м³, на изготовление мебельных изделий, соответствующих в пересчете 1 м³ древесины, более 5 м³, а на изготовление несущих клееных деревянных конструкций (КДК), содержащих 1 м³ древесины, расходуется 2,6—2,8 м³ бревен 2-го и 3-го сорта. Необходимо изыскивать пути рационального и эффективного использования древесных отходов, в том числе и для создания строительных материалов, тем более что из 1 м³ отходов древесины (в плотных м3) можно получить более 2 м³ строительных материалов, например фибролита, арболита, древесностружечных плит и др.}

_{Известно, что коэффициент выхода продукции при переработке древесины крайне низок. Так, для получения 1 м³ погонажных изделий расходуется 2,8—3,3 м³, для выработки 1 м³ фанеры — 4 м³, на изготовление мебельных изделий, соответствующих в пересчете 1 м³ древесины, более 5 м³, а на изготовление несущих клееных деревянных конструкций (КДК), содержащих 1 м³ древесины, расходуется 2,6—2,8 м³ бревен 2-го и 3-го сорта. Необходимо изыскивать пути рационального и эффективного использования древесных отходов, в том числе и для создания строительных материалов, тем более что из 1 м³ отходов древесины (в плотных м3) можно получить более 2 м³ строительных материалов, например фибролита, арболита, древесностружечных плит и др.}

_{Один из наиболее эффективных и рентабельных способов использования древесных отходов — выпуск арболита, так как технология его относительно несложна, а производство не требует больших капитальных вложений. Эффективность применения арболита и практически неограниченные сырьевые возможности дают право рассматривать развитие производства арболита не как временную меру для ликвидации дефицита в стеновых материалах, а как одно из 4 важных направлений в освоении местных строительных материалов. Применение арболита обеспечивает снижение расхода цемента. На изготовление 1 м² стены из арболита (приведенной толщины по теплозащите) требуется цемента на 30—35 кг меньше, чем при использовании керамзитобетона (хотя расход вяжущего на 1 м³ конструкций у арболита несколько больше), что обусловлено значительным уменьшением толщины стены из этого материала из-за его более высоких теплофизических свойств.}

_{Применение арболита для ограждающих конструкций позволяет также сократить энергозатраты. Арболитовая стена благодаря крупнопористой структуре материала обеспечивает высокое термическое сопротивление конструкции, а это дает возможность тратить меньше энергии на отопление. Последнее обстоятельство имеет особое значение для животноводческих помещений, где для поддержания нормальных условий требуются большие эксплуатационные затраты на вентиляцию.}

_{Эффективность применения конструкций и изделий из арболита определяется возможностью существенного снижения массы зданий и сооружений и повышения их теплозащиты, уменьшения перевозок за счет использования местных материалов, снижения стоимости строительства. 1 м³ древесных отходов, использованных при производстве арболита, заменяет в строительстве 1,5 м³ пиловочника. При приведенной толщине стены по условиям теплопередачи масса ее 1 м² из арболита в 7—8 раз меньше, чем из кирпича, и в 2—3 раза меньше, чем из керамзитобетона.}

_{Эффективность применения арболита обусловлена также уменьшением удельных капитальных вложений на создание производственной базы, которые в 2 раза меньше, чем при организации выпуска панелей из бетона на пористых заполнителях. Изделия из арболита небольшой средней плотности (400−800 кг/м3) обладают ценными строительными свойствами: они хорошо пилятся, гвоздятся, держат штукатурку и шурупы, обрабатываются режущим инструментом, трудно сгораемы и биостойки. Большое народнохозяйственное значение имеет развитие производства арболитовых конструкций в нефтедобывающих районах Западной и Восточной Сибири, а также в районах Крайнего Севера и Дальнего Востока, где осваиваются богатые природные ресурсы, а жилищное и промышленное строительство сдерживается из-за недостатка природных и искусственных минеральных пористых заполнителей для изготовления бетона. При строительстве малоэтажных зданий конструкции и изделия из арболита эффективно заменяют кирпич, керамзитобетон, ячеистые бетоны и древесину, а по ряду эксплуатационных свойств превосходят их. Интересно сопоставить стены из разных материалов, имеющие эквивалентную толщину, обеспечивающую одинаковую теплозащиту.}

_{1.2 Анализ образования и переработки твердых промышленных и бытовых отходов в Красноярском крае}

_{Красноярский край, занимаемый центральное положение в азиатской части Российской Федерации и протянувшийся от берегов Северного Ледовитого океана до Саянских гор на 3 тысячи километров, в силу наличия богатых природных ресурсов (недра, воды, лес) играет одну из ключевых ролей в российской экономике.}

_{Среди субъектов РФ, входящих в состав Сибирского федерального округа, Красноярский край имеет неблагоприятную экологическую среду, обусловленную, прежде всего, своими природными особенностями. Край занимает первое место по количеству выброшенных вредных веществ в атмосферу (45%), объему забранной воды из водных объектов (30%) и объему сброса сточных вод (32%). На территории края имеются и «экологически опасные точки», прежде всего на территории Норильского промышленного района.}

_{Таблица 1.1 — Основные экологические показатели, антропогенного воздействия на окружающую среду Красноярского края}

_{59% населения края проживает в городах с очень высоким уровнем загрязнения воздуха. Города Норильск, Минусинск, Лесосибирск и Красноярск входят в список городов России с наиболее загрязненным атмосферным воздухом.}

_{В крае значительное развитие получили такие обрабатывающие производства как металлургическое, химическое, обработка древесины. На территории края производится и распределяется электроэнергия, добываются полезные ископаемые, осуществляется производство нефтепродуктов и пр.}

_{К предприятиям, оказывающим наиболее существенное воздействие на водные объекты, относятся:}

— Заполярный филиал ОАО ГМК «Норильский никель» (его деятельность оказывает негативное влияние на все элементы окружающей среды);

— Структурные подразделения ОАО «Енисейская ТГК -13»;

— Предприятия, входящие в состав ОАО Объединенной компании «РУСАЛ»;

— Оптовые генерирующие компании (ОГК-4 и ОГК-6);

— Предприятия топливно-энергетического комплекса;

— Предприятия тепловодораспределения (коммунального хозяйства);

_{Среди них — предприятия нефтяного комплекса (ОАО «Ачинский нефтеперерабатывающий завод ВНК»), предприятия лесного комплекса в г. Лесосибирске, добывающие предприятия — ЗАО «ЗДК «Полюс» в п. Северо-Енисейске. По сути эти же предприятия оказывают наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха путем выброса загрязняющих веществ (от 81 до 93% от общего валового выброса).}

_{Основной объем отходов образуется при добыче полезных ископаемых (около 94% от общего количества образующихся отходов). При добыче полезных ископаемых, в основном это 5-й класс опасности преимущественно, вскрышные породы — 99,9%. За последние годы отмечается рост образования отходов в данной отрасли. Второе место по образованию отходов занимают отрасли обрабатывающих производств — 5,2%. Наибольшее количество промышленных отходов образуется в Северо-Енисейском и Мотыгинском районах, городах Ачинск и Лесосибирск.}

_{В целом зоны экологического неблагополучия, вызванного антропогенным воздействием на окружающую среду, четко соответствуют размещению пяти основных промышленных районов края: Норильского, Красноярского, Ачинско-Назаровского, Канского, Минусинского, которые предопределены размещением природных ресурсов, транспортной сетью, размещением населения.}

_{Основные целями и задачами в области охраны окружающей среды, определенными в «Стратегии социально-экономического развития Российской Федерации до 2020 года» к 2012 году должны быть на 20% сокращены объемы загрязнения воздуха и водных объектов, а также образование отходов, а к 2020 году необходимо на 40% сократить уровень энергоемкости предприятий, снизить число «экологически опасных точек» и сократить численность городского населения, проживающего в условиях неблагоприятной окружающей среды.}

_{Приближение к этой цели возможно только с помощью контрольно-надзорной деятельности, так как в рамках контрольной проверки устанавливаются соблюдение предприятиями обязательных нормативно-правовых требований, выявляются (пресекаются) нарушения природоохранного законодательства конкретным природопользователем.}

_{На территории Красноярского края продолжает увеличиваться показатель образования и накопления отходов.}

_{Таблица 1.2 — Образование отходов на территории Красноярского края, млн. тонн (вместе с Норильским промрайоном)}

_{Объем отходов, образовавшихся в 2010 году, по сравнению с 2009 годом увеличился незначительно всего на 1,5%, что косвенно свидетельствует о незначительном росте производства на территории Красноярского края в 2010 году.}

_{Наибольшее количество отходов (более 1 млн. т) образуют предприятия и организации городов: Ачинск, Красноярск, Назарово, Норильск и муниципальных районов: Ачинский, Курагинский, Мотыгинский, Северо-Енисейский.}

_{Динамика образования отходов в городах Красноярского края показывает, что из 17 городов увеличение образования отходов зафиксировано только в 7 из них. В городах Бородино Енисейск, Железногорск, Заозерный, Зеленогорск, Игарка, Канск, Красноярск, Минусинск, Шарыпово объемы образования отходов в 2010 году снизились.}

_{Таблица 1.3 — Образование отходов в пределах основных городов Красноярского края, тыс. тонн}

_{Таблица 1.4 — Образование отходов в основных отходообразующих районов Красноярского края, тыс. тонн}

_{* без г. Норильска}

_{Таблица 1.5 — Количество образовавшихся отходов в 2009;2010 гг. по видам экономической деятельности, (млн т)}

_{Данные об образовании отходов производства и потребления в 2011 году по видам экономической деятельности, представленные в таблице, свидетельствуют, что основной объем отходов образуется при добыче полезных ископаемых. В 2011 г. это составило 83,5% от общего количества образовавшихся отходов. При добыче полезных ископаемых, кроме топливно-энергетических, основная доля отходов приходится на 5-й класс опасности (преимущественно, вскрышные породы) — 99,99%.}

_{Следующее место по образованию отходов занимают отрасли обрабатывающих производств — 15,8%, при этом отходы металлургического производства составляют основную долю в данной отрасли — 96,9%.}

_{Третье место по образованию отходов занимают предприятия производства и распределения электроэнергии, газа и воды, объем отходов которых, составляет 0,47% от общего количества образовавшихся отходов. На 5-й класс опасности отходов приходится 97% отходов данной отрасли.}

_{Отходы 1 и 2 классов опасности для окружающей среды образовывается преимущественно на предприятиях транспорта и связи — 22,2 и 111,4 т соответственно; на предприятиях производства и распределения электроэнергии, газа и воды — 17,9 и 12,0 т.}

_{Наибольшее количество отходов 3-го класса опасности образовалось в 2011 году на предприятиях сельского хозяйства (124,0 тыс. т), что составляет 66,0% от общего количества образовавшихся отходов 3-го класса опасности.}

_{На предприятиях жилищно-коммунального хозяйства образуются преимущественно отходы 4-го и 5-го классов опасности.}

_{Таблица 1.6 — Предприятия — основные источники образования отходов}

_{Таким образом видно, что количество отходов всех классов опасности возрастает ежегодно. В результате этого необходима их утилизация, переработка либо захоронение. Согласно программам росприроднадзора в Красноярском крае замечены большие нарушения в сфере утилизации бытовых и твердых промышленных отходов. Возникает необходимость постройки все новых полигонов для отходов, это связано в первую очередь с большим периодом распада сложных материалов. Без решения данной проблемы не минуемо наступит экологическая катастрофа. Для предотвращения этого необходима разработка новых способов переработки и утилизации отходов. В данной работе представлен способ переработки твердых промышленных и бытовых отходов в наполнитель для арболитовых изделий, используемых в строительной индустрии.}

_{1.3 Анализ возможности использования твердых промышленных и бытовых отходов в производстве арболита}

_{Промышленность строительных материалов — базовая отрасль строительного комплекса. Она относится к числу наиболее материалоемких отраслей промышленности. Материалоемкость определяется отношением количества или стоимости израсходованных на производство продукции материальных ресурсов к общему объему продукции. Учитывая, что многие минеральные и органические отходы по своему химическому составу и техническим свойствам близки к природному сырью, а во многих случаях имеют и ряд преимуществ (предварительная термическая обработка, повышенная дисперсность и др.), применение в производстве строительных материалов промышленных отходов является одним из основных направлений снижения материалоемкости этого массового многотоннажного производства. В то же время снижение объемов разрабатываемого природного сырья и утилизация отходов имеет существенное экономико-экологическое значение. В ряде случаев применение сырья из отвалов промышленных предприятий практически полностью удовлетворяет потребности отрасли в природных ресурсах.}

_{Первое место по объему и значению для строительной индустрии принадлежит доменным шлакам, получаемым в качестве побочного продукта при выплавке чугуна из железных руд. В настоящее время доменные шлаки являются ценным сырьевым ресурсом для производства многих строительных материалов и прежде всего портландцемента. Использование доменных шлаков как активного компонента цемента позволяет существенно увеличить его выпуск. Европейскими нормами разрешается вводить в портландцемент до 35% доменного гранулированного шлака, а в шлакопортландцемент — до 80%. Ввод доменных шлаков в сырьевую смесь увеличивает производительность печей и снижает расход топлива на 15%. При использовании доменных шлаков для производства шлакопортландцемента снижаются топливно-энергетические затраты на единицу продукции почти в 2 раза, а себестоимость — на 25—30%. Кроме того, шлак как активная добавка значительно улучшает ряд строительно-технических свойств цемента.}

_{Доменные шлаки стали сырьем не только для традиционных, но и для таких сравнительно новых эффективных материалов, как шлакоситаллы — продуктов, полученных методом каталитической кристаллизации шлакового стекла. По прочностным показателям шлакоситаллы не уступают основным металлам, существенно превышая стекло, керамику, каменное литье, природный камень. Шлакоситаллы в 3 раза легче чугуна и стали, они имеют прочность на истирание в 8 раз выше, чем у каменного литья и в 20—30 раз, чем у гранита и мрамора.}

_{По сравнению с доменными пока значительно в меньшей степени используются сталеплавильные шлаки и шлаки цветной металлургии. Они являются большим резервом получения строительного щебня и могут быть с успехом использованы в производстве минеральной ваты, портландцемента и других вяжущих материалов, бетонов автоклавного твердения.}

_{Большим количеством отходов в виде различных шламов характеризуется глиноземное производство. Несмотря на отличия в химическом составе шламов, остающихся после выщелачивания А1203 из природного глиноземсодержащего сырья, все они содержат 80—85% гидратированного двухкальциевого силиката. После обезвоживания этот минерал обладает способностью твердеть как при нормальной температуре, так и в условиях тепловлажностной обработки. Наиболее крупнотоннажный отход глиноземного производства — нефелиновый (белитовый) шлам — с успехом используется для производства портландцемента и других вяжущих, материалов автоклавного твердения и др. При применении нефелинового шлама в производстве портландцемента расход известняка сокращается на 50—-60%, производительность вращающихся печей повышается на 25—30%, а расход топлива снижается на 20—25%.}

_{Большое количество отходов в виде золы и шлаков, а также их смесей образуется при сжигании твердых видов топлива. Их выход составляет: в бурых углях — 10—15%, каменных углях — 5—40%, антраците — 2—30%, горючих сланцах — 50—80%, топливном торфе — 2—30%.}

_{В производстве строительных материалов обычно используются золы сухого удаления и золошлаковая смесь из отвалов. Область применения золошлакового сырья в производстве строительных материалов чрезвычайно разнообразна. Наиболее значительными направлениями использования топливных зол и шлаков являются дорожное строительство, производство вяжущих, тяжелых и ячеистых бетонов, легких заполнителей, стеновых материалов. В тяжелых бетонах золы используют, в основном, в качестве активной минеральной добавки и микронаполнителя, что позволяет снизить расход цемента на 20—30%. В легких бетонах на пористых заполнителях золы применяют не только как добавки, снижающие расход цемента, но и как мелкий заполнитель, а шлаки в качестве пористого песка и щебня. Золы и шлаки используются также для изготовления искусственных пористых заполнителей легких бетонов. В ячеистых бетонах зола применяется как основной компонент или добавка для снижения расхода вяжущего.}

_{Все большее применение в промышленности строительных материалов находят отходы угледобычи и углеобогащения. На углеобогатительных фабриках угольных бассейнов ежегодно образуются миллионы тон отходов, которые с успехом могут быть использованы для получения пористого заполнителя и кирпича. Использование отходов углеобогащения в качестве топливной и отощающей добавки при изготовлении керамических изделий позволяет сократить расход условного топлива на 50—70 кг на 1000 шт. кирпича и повысить его марку. При строительстве дорог отходы угледобычи могут широко использоваться в конструкции дорожной одежды.}

_{Ценнейшее сырье для арболитовых изделий представляют собой отходы горнорудных предприятий и предприятий нерудной промышленности. Можно привести немало примеров эффективного использования вскрышных пород, отходов обогащения руд, отсевов дробления как сырья для получения вяжущих, автоклавных материалов, стекла, керамики, фракционированных заполнителей. Эксплуатационные расходы на получение 1 м³ щебня из отходов горнорудных предприятий в 2—2,5 раза ниже, чем на добычу его из карьеров.}

_{Значительным выходом отходов, представляющих интерес для производства арболитовых изделий, характеризуется химическая промышленность. Основными из них являются фосфорные шлаки и фосфогипс. Фосфорные шлаки — отходы при возгонке фосфора в электропечах — перерабатываются, в основном, в гранулированные шлаки, шлаковую пемзу и литой щебень. Гранулированные электротермофос-форные шлаки близки по структуре и составу к доменным и так же с высокой эффективностью могут использоваться в производстве цементов. На их основе разработана технология шлакоситаллов. Использование фосфорных шлаков в производстве стеновой керамики позволяет повысить марку кирпича и улучшить другие его свойства.}

_{Потребности промышленности строительных материалов в гипсовом сырье практически в полной мере можно удовлетворить за счет гипсосодержащих отходов промышленности и, в первую очередь, фосфогипса. К настоящему времени разработан ряд технологий получения строительного и высокопрочного гипса из фосфогипса, реализованных пока недостаточно. Этому в определенной мере способствует существующая ценовая политика на природное сырье, не поощряющая в полной мере альтернативных вторичных сырьевых ресурсов. В Японии, где нет собственных запасов природного гипсового сырья, для получения разнообразных гипсовых изделий фосфогипс используют практически полностью.}

_{Применение фосфогипса эффективно также в производстве портландцемента, где он не только позволяет, как и природный гипсовый камень, регулировать сроки схватывания цемента, но, будучи введенным в сырьевую смесь, выполняет роль минерализатора, снижающего температуру обжига клинкера.}

_{Большая группа эффективных строительных материалов изготавливается из отходов древесины и переработки другого растительного сырья. С этой целью используют опилки, стружку, древесную муку, кору, сучья, костру и т. д. Все древесные отходы можно разделить на три группы: отходы лесозаготовительной промышленности, отходы лесопильного производства и отходы деревообрабатывающей промышленности.}

_{Из отходов древесины, полученных на различных стадиях ее переработки, изготовляют древесноволокнистые и древесно-стружечные плиты, арболит, ксилолит, опилкобетон, ксилобетон, фибролит, королит, древесные пластики. Все эти материалы в зависимости от области применения разделяют на конструкционно-теплоизоляционные, теплоизоляционные и отделочные.}

_{Применение материалов на основе древесных отходов, наряду с высокими технико-экономическими показателями, обеспечивает архитектурную выразительность, хороший воздухообмен и микроклимат помещений, улучшенные теплотехнические показатели.}

_{Значительный объем отходов, которые могут служить вторичными сырьевыми ресурсами, образуется на самих предприятиях строительных материалов. Это, наряду с отходами производства нерудных материалов, стекольный и керамический бой, цементная пыль, отходы производства минеральной ваты и др. Комплексное использование сырья на большинстве предприятий позволяет создавать безотходные технологии, при которых полностью сырьевые ресурсы перерабатываются в строительные материалы.}

_{Существенные резервы для развития сырьевого потенциала в производстве строительных материалов представляют отходы городского хозяйства. В передовых странах мира в составе твердых бытовых отходов превалируют макулатура, полимерные продукты, текстиль, стекло. Имеется многолетний опыт производства на базе этих отходов картона, волокна, строительных пластмассовых изделий и др.}

_{Таким образом широкая утилизация отходов в производстве строительных материалов требует решения ряда организационных и научно-технических проблем. Необходима региональная каталогизация отходов с указанием их полной характеристики. Требует развития стандартизация отходов как сырьевых ресурсов в производстве конкретных строительных материалов. Масштабы утилизации промышленных отходов и отходов городского хозяйства будут расширяться по мере внедрения комплекса технических мер по стабилизации их состава, повышению степени технологической подготовки (снижение влажности, гранулирование и др.).}

_{Огромное значение имеет экономическое стимулирование, включающее вопросы ценообразования, финансирования, материального стимулирования.}

_{Многие из перечисленных веществ можно использовать для производства арболитовых изделий. В данной дипломной работе представлена возможность использования твердых промышленных и бытовых отходов в производстве арболитовых изделий.}

_{2. Программа и методика исследований}

_{2.1 Теоретические взгляды на технологию производства и структурообразование арболита}

_{Исследования показали, что сроки твердения арболита и его прочность зависят от химического состава древесины. Установлено, что наиболее вредное воздействие оказывают легкорастворимые простейшие сахара: сахароза, глюкоза, фруктоза и часть гемицеллюлозы, способной в определенных условиях превратиться в эти сахара. В меньшей степени опасны крахмал, танины и смолы. Щелочная среда цементного теста способствует выделению «цементных ядов», количество которых колеблется в значительных пределах в зависимости от породы древесины, условий и сроков ее хранения (табл. 1).}

_{Было выявлено, что воздействие водорастворимых веществ древесины на твердеющий цемент проявляется в стабилизирующем эффекте.}

_{Таблица 2.1- Химический состав некоторых пород древесины, %}

_{«Цементные яды», состоящие в основном из углеводных групп НОСН, осаждаясь на поверхности частичек минералов цемента 3CaOSi02 (трехкальциевый силикат) и ЗСаО-А1203 (трехкальциевый алюминат), образуют тончайшие оболочки, которые затрудняют ход процессов гидратации цемента. Для уменьшения отрицательно, влияния водорастворимых экстрактивных и легкогидролизуемых веществ на прочность деревоцементных композиций были предложены различные способы и технологические приемы. Сущность, которых заключалась в частичном удалении этих веществ из древесного заполнителя, в переводе простейших сахаров в нерастворимые или безвредные для цемента соединения, в ускорении твердения портландцемента (т. е. в сокращении времени их воздействия на процессы твердения) и др.}

_{Невысокая прочность арболита при значительном расходе портландцемента объясняется не только отрицательным влиянием экстрактивных и легкогидролизуемых веществ, содержащихся в древевесном заполнителе (как и в других органических целлюлозных заполнителях), на процессы структурообразования арболита, но также отрицательным влиянием объемно-влажностных деформаций и давления набухания древесного заполнителя в процессе твердения и высыхания арболита при эксплуатации во влагопеременных условиях.}

_{При изготовлении древесной дробленки для производства арболита предпочтение отдается тем породам древесины, в которых меньше водорастворимых экстрактивных веществ, которые являются медлителями твердения портландцемента. Поэтому в производстве арболита в основном применяют дробленку из ели, сосны, пихт. Древесина лиственницы из-за высокого содержания в ней экстрактивных веществ и, как следствие, высокой химической активности считается малопригодной. Кроме того, она подвержена большим влажностным деформациям по сравнению с другими хвойными порода (таблице 2).}

_{Таблица 2.2 — Усушка древесины}

_{* - усушка соответственно поздней и ранней древесины}

_{К специфическим свойствам органического целлюлозного заполнителя, отрицательно влияющим на процессы структурообразования, т. е. прочность и стойкость арболита к влагопеременным воздействиям, относятся: повышенная химическая активность; значительные объемные влажностные деформации и развитие давления набухания; резко выраженная анизотропия; высокая проницаемость; низкая адгезия по отношению к цементному камню; значительная упругость при уплотнении смеси.}

_{Эти специфические свойства древесного заполнителя в разной степени влияют на процессы структурообразования и физико-механические свойства арболита, однако для получения высококачественных изделий и конструкций должны учитываться в их технологии.}

_{Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) — твердое вещество без запаха, плотность 1,38−1,40г/см3,температура плавления 255−2650С, температура размягчения 245−2480С, температура стеклования 70−800С.}

_{Полиэтилентерефталат характеризуются высокой прочностью и ударной вязкостью, устойчив к истиранию и многократным деформациям при растяжении и изгибе.}

_{Стекло — вещество и материал, один из самых древних и, благодаря разнообразию своих свойств, — универсальный в практике человека. Физико-химически — твёрдое тело, структурноаморфно, изотропно; все виды стёкол при формировании преобразуются в агрегатном состоянии — от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного — в процессе остывания со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации расплавов, получаемых плавлением сырья (шихты).}

_{Полиэтилентерефталат и стекло, являются пассивным неволокнистым компонентам, которые оказывают значительное влияние на образование связей в арболите следовательно, и на физико-механические свойства арболита. Очевидно, что размер частиц вводимого неволокнистого компонента будет оказывать определенное влияние на свойства готовой продукции. Однако, представленные теоретические предположения необходимо подтвердить экспериментальным путем. Для этого требуется провести планирование эксперимента, выбрать основные характеристики моделей, разработать математические модели с нормализованными значениями факторов.}

_{2.2 Программа и методика проведения эксперимента}

_{Важнейшей составной частью научного исследования является построение математической модели объекта. Математическая модель — это совокупность математических зависимостей, описывающих функционирование системы. Построенная математическая модель объекта является хорошим инструментом исследования. С ее помощью определяют интересующие исследователя характеристики объекта, результаты влияния на него тех или иных факторов, оптимальные режимы функционирования и способы управления объектом.}

_{Выбор методов исследований. Экспериментальные методы исследований объединяются под названием «планирование эксперимента». Планирование эксперимента — это совокупность приемов, позволяющих исследователю правильно построить эксперимент и получить адекватное описание интересующего процесса.}

_{Для решения поставленных задач используются методы математического планирования с целью получения математического описания процесса. Уравнение математического описания могут быть получены тремя методами: аналитическим, экспериментальным и экспериментально-аналитическим.}

_{Аналитический метод, являющийся наиболее наглядным и достоверным, основан на знании физико-химических и других закономерностей, присущих исследуемому объекту. Поэтому он применим только для хорошо изученных процессов. Экспериментально-аналитический метод заключается в определении неизвестных коэффициентов уравнений, отражающих известные физические явления. Экспериментальные методы получения математических моделей применяют для сложных многофакторных процессов, которые теоретически изучены недостаточно. Математические зависимости, полученные этим методом, не отражают физической сущности объекта, только устанавливают количественные соотношения между его входными и выходными факторами.}

_{Экспериментальные исследования делятся на пассивные и активные. Полученное при пассивном эксперименте уравнение регрессии, справедливо только в том узком диапазоне изменений входных параметров, какой существовал во время проведения эксперимента.}

_{При активном эксперименте объекту наносятся искусственные возмущения и измеряются соответствующие им значения выходных исследуемых параметров. Величина и сочетание возмущающих воздействий вводится в объект в соответствии с определенным планом, оптимальным по какому-либо критерию.}

_{По сравнению с традиционным методом математические планы эксперимента значительно сокращают необходимое число опытов и более равномерно исследуют факторное пространство. Но они могут быть использованы только при условии нормального закона распределения исходных параметров.}

_{Планирование однофакторного эксперимента. Для решения задачи определения наиболее значимых факторов был проведен однофакторный эксперимент для получения математических моделей вида Y=f(X1). Метод обработки результатов эксперимента с целью описания объекта — метод наименьших квадратов. Эксперимент состоит из N опытов, равноотстоящих друг от друга на шаг h. Уравнение в общем виде для однофакторных экспериментов}

_{Y=B0+B1X1 +B11X12, (2.1)}

_{Для вычисления трех неизвестных коэффициентов данного уравнения необходимо решить систему из трех линейных уравнений}

(2.2)

_{Поставив вычисленные значения в уравнение общего вида, получим искомую математическую модель.}

_{Для определения процентного содержания компонентов в древесноволокнистой композиции, без ухудшения физико — механических характеристик готовых древесноволокнистых плит, были проведены однофакторные эксперименты, целью которых являлось получение регрессионных зависимостей вида (2.1), которые с достаточной точностью описывали бы результаты экспериментов. Коэффициенты уравнения (2.1) определялись при решении системы из трех линейных уравнений с тремя неизвестными (2.2). Входными параметрами для проведения эксперимента являются, фракционный состав стекла и полиэтилентерефталата и их процентное содержание в композиции а.с.в. Уровни варьирования взяты из литературных источников.}

_{2.3 Анализ процесса рециклинга твердых промышленных отходов в производстве арболитовых изделий}

_{Регрессионный анализ процесса обработки вторичного волокна производится по представленной ниже схеме.}

1. Определение среднего значения функций отклика по строкам (математические ожидания)

(2.3)

_{где n — число параллельных опытов;}

_{Yu1 — значение функции отклика параллельных опытов.}

2. Вычисление построчных дисперсий.

_{Для определения величины разброса случайных величин относительно математического ожидания вычисляем значения построчных дисперсии Su по следующей формуле}

(2.4)

_{где — среднее значение параллельных опытов.}

3. Проверка однородности выборочных оценок с использованием критерия Кохрена

(2.5)

_{где — наибольшее из вычисленных значений построчных дисперсии;}

_{Gm — табличное значение критерия Кохрена.}

_{Табличное значение критерия Кохрена определяется согласно выбранному уровню значимости q, числу степеней свободы f и по количеству выборок u.}

_{Если условие выполняется, то дисперсии однородны, т. е. полученные экспериментальные данные находятся в доверительном интервале.}

4. Вычисление (оценка) дисперсии воспроизводимости среднего значения функции

(2.6)

5. Определение значимости коэффициентов регрессии

_{Значимость полученных, согласно уравнению (2.4), коэффициентов уравнений регрессии определяем по критерию Стьюдента}

(2.5)

_{где tp — расчетное значение критерия Стьюдента;}

— дисперсия коэффициентов регрессии, оценка которой производится по формуле

(2.6)

(2.7)

_{где — табличное значение критерия Стьюдента при уровне значимости q и числе степеней свободы f.}

_{Коэффициенты регрессии, не удовлетворяющие условию (2.7), считаются незначимыми (равными нулю) и соответствующие члены из уравнения регрессии исключаются.}