Степанов Мксим Николаевич

Телефон: 8 (050) 260 37 05

Отходы — это сырье не на своем месте.
Д.И. Менделеев.

Проблема утилизации отходов бетонных и железобетонных конструкций, старого асфальтобетона является актуальной, в связи с необходимостью промышленного, гражданского и дорожного строительства, с ростом объемов транспортного движения и снижения загрязнений территорий строительными отходами.
В связи с необходимостью широкого внедрения комплексов по разрушению некондиционных железобетонных изделий механическим способом и получению щебня из дробленого бетона, несомненную актуальность приобретают вопросы его рационального применения в строительстве в качестве заполнителя при производстве бетонных работ.
В крупных городах и промышленных районах страны после перехода на строительство новых серий домов и здании скопились десятки миллионов кубических метров неиспользованных железобетонных изделий и конструкций.
Утилизация строительных отходов позволила бы вовлечь в хозяйственный оборот более 3,2 млн. т металла и около 50 млн. т бетонного лома. В некоторых случаях замена строительными отходами природных ресурсов позволяет экономить последние до 50%.
Позитивные результаты переработки строительных отходов достигаются по нескольким направлениям, поэтому их необходимо утилизировать, а не складировать.

Цель работы: исследование процесса переработки строительных отходов и разработка технических и технологических решений, разработка рекомендаций в вопросах техники и технологии.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Проанализировать масштабы образования и накопления строительных отходов и существующие технологии их переработки;
2. Охарактеризовать оборудование, предназначенное для разрушения железобетонных конструкций и дробления строительных отходов;
3. Проанализировать стадии переработки: разрушение, первичное и вторичное дробление, охарактеризовать основные проблемы, связанные с использованием вторичного сырья и методы их решения;
4. Разработать математическое описание исследования технологических и технических параметров процесса переработки строительных отходов и получения вторичного заполнителя;
5. Охарактеризовать наиболее типовые образцы строительных отходов. Обосновать выбор оборудования, исходя из полученных результатов исследования;
6. Сделать калькуляцию себестоимости изготавливаемой продукции из вторичного заполнителя и провести качественное и ценовое сравнение с продукцией из первичного сырья.

1. В выпускной работе проанализированы эксплуатируемые и внедряемые технологические линии по переработке некондиционного бетона и железобетона и рекомендуемое оборудование для их оснащения.
2. Методами анализа разработаны рекомендации по вопросу рационального выбора оборудования для дробления строительных отходов.
3. Экспериментально обоснованы технические характеристики оборудования для продуктивного дробления строительных отходов.
4. Предложенное решение проблемы экономически обосновано, рассчитана калькуляция себестоимости получаемой продукции.

Одним из важнейших резервов экономии материальных и энергетических ресурсов в области строительной индустрии является использование отходов бетонного лома.
Ежегодно в Украине образуется около 1 млрд. т отходов бетона и железобетона, в основном при сносе жилья. Прогнозируется, что ежегодный прирост и накопление некондиционных железобетонных изделий (ЖБИ) достигнет 8 млрд. т. Увеличение объемов применения бетона и железобетона при реконструкции городов до 250 млн. м3 в год вызывает появление новых видов отходов и некондиционной продукции, и наряду с ростом промышленного производства, наблюдается тенденция роста абсолютных объемов образования отходов.
Анализ показателей утилизации отходов и использования их как вторичного сырья за 2004 г. свидетельствует о бизнес-привлекательности этой сферы. Так, по данным статистической отчетности из 53 видов ресурсно-ценных строительных отходов объем их использования в 2004 г. составил 125,8 млн. т, что составляет 58,5% от образования этих отходов /1/. В строительных отходах содержится более 3,2 млн. т металла и около 50 млн. т бетонного лома. В некоторых случаях замена строительными отходами природных ресурсов позволяет экономить их до 50% /2/.
Переработка мусора, в том числе и строительного, является перспективным бизнесом, т. к. в Украине стоимость вторичного щебня составляет всего лишь 60 дол. за тонну /3/. Следует отметить, что фирмы, приобретающие оборудование для переработки строительного мусора, не уделяют должного внимания вопросам качества получаемой продукции. Отсутствие соответствующих нормативов позволяет производителям вторичных нерудных строительных материалов продавать практически все, что они производят, но при этом рискуют потребители такой продукции. Например, попадание гипса, содержащегося в отделочных материалах и перегородках, может привести к значительной коррозии бетона, вплоть до его разрушения /4/. Для получения качественного продукта необходимо строго соблюдать технологию разборки зданий, сортировки материалов, подготовки мусора к переработке.
Поэтому для широкого внедрения комплексов по разрушению некондиционных ЖБИ механическим способом и получению щебня из дробленого бетона, следует решить ряд вопросов по его рациональному применению в строительстве в качестве заполнителя при производстве бетонных работ.
Для Украины проблема строительных отходов приобретает особое значение в связи с тем, что исчерпывается срок эксплуатации зданий, массово возведенных в 60-ые годы ХХ века. В стране насчитывается около 75 млн. кв. м ветхого жилья, т. е. около 23% всего существующего жилого фонда. Так, при сносе пятиэтажного жилого дома образуется около 3 тыс. куб. м строительного мусора, который нужно перерабатывать, а не складировать. Но какие-либо мощности для утилизации строительных отходов в Украине практически отсутствуют /1/.
В условиях городской застройки возникают проблемы: как снести здание, разрушить износившуюся конструкцию железобетонного или каменного моста или ставший ненужным промышленный объект и куда впоследствии применить образовавшийся вторичный ресурс.
В общем виде технологический процесс (анимация, состоит из 10 кадров и 5 циклов) утилизации строительных отходов можно представить двумя стадиями:
- предварительная разборка или разрушение наиболее ценных и сложных бетонных и железобетонных конструкций.
- переработка отходов во вторичный щебень; вывоз и утилизация железобетона и строительного мусора.

Анализ применяемого оборудования для механизации процесса разборки железобетонных конструкций, позволит выявить факт, что на территории Украины широкое распространение получило оборудование наименьшей производительности и наибольшей трудоемкости.
Рациональный выбор оборудования уже на первой стадии разрушения позволяет экономить затраты на получение вторичного заполнителя.
Бетон на вторичном заполнителе можно применять при общем малоэтажном строительстве, заливке фундаментов складских и производственных помещений, при строительстве гаражей, подсобных помещений и фундаментов.
Преимущества переработки железобетонных отходов во вторичный щебень следующие:
- на каждой строительной площадке, где производится демонтаж конструкций, щебень вскоре понадобится в процессе строительства. Наличие вторичного щебня избавляет от необходимости покупки щебня, и оплачивать расходы по его доставке, вывозе и складировании.
- вторичный щебень из бетона сносимых построек, значительно дешевле природного, так как энергозатраты на его производство в 8 раз меньше, а себестоимость бетона с ним снижается на 25%.
Основными компонентами железобетона являются щебень, песок, цемент и металлическая арматура. Эти материалы являются относительно стойкими в окружающей среде: их общий объем и масса изменяются мало даже после продолжительной эксплуатации. После дробления и отделения металла у полученных вторичных заполнителей по сравнению с природными отмечаются более низкая плотность, объемная масса и процент объема в плотном теле, более высокое водопоглощение, потеря массы при испытании на сопротивление выветриванию и потери в результате истирания. Все эти изменения связаны с наличием растворной составляющей в бетонном ломе.
Большое значение для прогнозирования поведения заполнителя в смесях и в затвердевшем бетоне имеет количественное содержание компонентов в различных фракциях бетонного лома. Знание закономерностей изменения его компонентного состава (см. рисунок) позволяет оптимизировать использование различных фракций.
Для одного из типовых составов бетона было исследовано содержание различных компонентных составляющих в различных фракциях лома. Установлено, что все зависимости содержания компонентов от фракционного состава имеют экстремальный вид, что делает в дальнейшем необходимой задачу оптимизации.
Поскольку прочность бетона на заполнителях из дробленого бетона обычно ниже, чем прочность бетона на естественных заполнителях, следует отметить, что принципиальным отличием заполнителя из дробленого бетона от заполнителя из естественного каменного материала является раствор, налипший на зерна первоначального щебня /6/. Содержание большого количества растворной составляющей в щебне из дробленого бетона значительно изменяет его свойства по сравнению со свойствами исходного щебня из естественного каменного материала.

Кроме того, структура такого щебня включает в себя контактную зону между исходным зерном щебня и раствором - наиболее слабую по прочности и высокопористую в структуре бетона.
На мелких фракциях вторичного щебня растворной составляющей бетона остается больше, например, у частиц размером до 1 мм количество растворной составляющей достигает более 50%, тогда как на вторичном крупном заполнителе этот показатель составляет 20 - 25% /6/.
Для устранения этого негативного явления необходимо очистить заполнители от цементного камня, что возможно электроимпульсным способом дробления или механическими методами активации.
Внедрение технологии и оборудования для утилизации строительных отходов может осуществляться поэтапно. На первом этапе - использовать лишь незначительную часть разрушаемого бетона, в основном в качестве подстилающего слоя (щебеночной подготовки) при возведении автомагистралей, прокладке железных дорог и устройстве временных площадок. Затем постепенно расширять область применения вторичного заполнителя при реконструкции и возведении железобетонных сооружений максимальной прочностью на сжатие до 30 МПа.
Организация производства и использования вторичного заполнителя из бетонного лома может осуществляеться по трем вариантам:
1. Бетонный лом с места демонтажных работ транспортируется на завод по производству заполнителей, и полученный заполнитель направляется на бетонный завод (две транспортные операции).
2. Оборудование для получения заполнителя из бетонного лома устанавливают непосредственно на месте демонтажных работ, и полученный заполнитель отправляется на бетонный завод или строительный объект (одна транспортная операция).
3. Получение заполнителя из бетонного лома и производство на его основе организовано на месте демонтажных работ (внутризаводское транспортирование) /7/.
Достоинства переработки бетонных строительных отходов:
1. Достижение экологического эффекта – новые производства уменьшат количество свалок строительного мусора.
2. Получение экономического эффекта – за счет сокращения расходов на содержание свалок.
Отходы строительной отрасли обладают огромным ресурсом и их использование будет способствовать решению экологических и экономических проблем, связанных с образованием и накоплением твердых отходов.

1. Проанализированы масштабы образования и накопления строительных отходов и существующие зарубежные и отечественные технологии их переработки;
2. Охарактеризовано оборудование, предназначенное для переработки строительных отходов;
3. Проанализированы различные стадии переработки: разрушение железобетонных конструкций, первичное и вторичное дробление; охарактеризованы основные проблемы, связанные с использованием вторичного сырья и методы их решения;
4. Разработано математическое описание исследования технологических и технических параметров;
5. Описаны свойства и характеристики перерабатываемого и получаемого сырья;
6. Экспериментально обоснован выбор дробильного оборудования, даны рекомендации исходя из полученных опытным путем дынных по дробимости железобетона;
7. Сделана калькуляция себестоимости изготавливаемой продукции из вторичного заполнителя и проведено качественное и ценовое сравнение с продукцией из первичного сырья.

1. Авралин К.П. - Деловая столица // “Киевгорстрой” заработает на мусоре: Газета – К.: издат. Киев, 2005. – с. 8 – 10.
2. Ерухимов А.Л. - Строительные материалы // Перспектива использование отходов строительного производства: Журнал – М.: издат. группа Пресса, № 12 1999.– с. 23 – 28.
3. Ерухимов А.Л., Тузов К.П - Строительная техника и технология // Инновационная технология строительства многоэтажных сооружений: Журнал – М.: издат. группа Пресса, февраль 2000. – с. 15 – 20.
4. Пентегов И.В - Вторичные ресурсы // Конгресс по управлению отходам: Журнал – М.: издат. группа Пресса, № 1 - 2001 – с. 25 – 30.
5. Загурский В.А., Простяков А.В., Щербакова О.И. Отходы бетона - сырье для производства заполнителей повторного применения / Пути использования вторичных ресурсов для производства строительных материалов и изделий. - Чимкент, 1986. - С. 40-42.
6. Загурский В.А., Простяков А.В. О некоторых особенностях показателей качества щебня из дробленого бетона / Ускорение научно-технического прогресса в промышленности строительных материалов и строительной индустрии. Белгород, 1987. - С. 21-23.
7. Гусев Б.В., Загурский В.А. Вторичное использование бетонов. М.: Стройиздат, 1988. – 95 с.