Технология утилизации бетонов

Вайсберг Л. Волянский Б. Устинов И. Технология утилизации бетонов // Строительные материалы. 2003 . №8. C. 11-13

Объем отходов бетона всех типов (ячеистого, плотного, с металлической арматурой) в виде производственного брака, продуктов разборки зданий и временных дорожных покрытий, срубов оголовков свай и т. д. в Российской Федерации и странах СНГ оценивается в миллионы тонн в год [1]. Увеличение использования таких отходов может снизить нагрузку на окружающую среду. Кроме того, переработанные отходы ? это резерв материальных и энергетических ресурсов в строительной индустрии и смежных отраслях.

Разнообразие бетонного материала требует применения различных приемов переработки.

Ячеистые бетоны в соответствии с ГОСТ 25495-89 ?Бетоны ячеистые, технические условия? подразделяются на два основных типа - неавтоклавный пенобетон и автоклавный газобетон. Различия этих бетонов с точки зрения вторичного использования весьма существенны ? первый имеет преимущественно замкнутую пористость, а второй ? сквозную.

Лом неавтоклавного пенобетона может быть пущен в производство блоков после двухстадиального дробления. При этом в первой стадии дробления рекомендуется применять облегченные конструкции дробилок со сложным качанием щеки. В нашей практике эксплуатируется подобная дробилка с удлиненной щекой и разгрузочной щелью, регулируемой в пределах 5?20 мм. Дробилка позволяет дробить обломки пенобетона крупностью до 350?400 мм в двух измерениях со степенью сокращения 20?25. Масса дробилки 60 кг без станины, установленная мощность привода 3-4 кВт. Производительность облегченных щековых дробилок при переработке отходов ячеистых бетонов составляет 0,5?0,8 м3/ч.

Вторая стадия дробления осуществляется в быстроходной валковой дробилке, позволяющей получить 70% продукта крупностью мельче 0,4 мм с максимальным размером единичных зерен 1,2 мм. Такой продукт также можно непосредственно использовать в производстве пенобетона по классической схеме.

Благодаря простоте конструкции и малой массе обе упомянутые дробилки отличаются высокой ремонтопригодностью; их легко эксплуатировать даже в системе малого бизнеса при отсутствии специализированной механической службы. Одним из наиболее серьезных вопросов их эксплуатации является смазка узлов подшипников дробилок. Даже при относительно невысокой прочности дробимого материала эти узлы работают в условиях запыленности и большой энергонапряженности, обусловленной высокой степенью сокращения дробимого материала. Это требует особого внимания к подбору смазочных материалов.

Несколько сложнее технология утилизации ячеистого автоклавного газобетона, которая определяется физическими свойствами сырья. Из отходов газобетона могут быть получены два типа товарных продуктов: щебеночный (крупностью -50 +5 мм) и мелкокусковый (крупностью -12+1 мм).

Фракция -50+5 мм находит применение в качестве теплоизолирующей засыпки, что не слишком рентабельно, так как она может быть реализована только в ценовой категории керамзитов. Фракция -12 +1 мм находит применение в качестве абсорбирующего носителя для очистки и кондиционирования бытовых и промышленных сточных вод. После удаления пылевидной фракции и соответствующей модификации поверхности абсорбирующий носитель может быть использован как в режиме одноразового (сменяемого) продукта, так и в режиме регенерируемого продукта. Такая фракция обладает более высокой добавленной стоимостью и обеспечивает рентабельность переработки.

Фактические экономические показатели промышленной переработки отходов ячеистых бетонов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Исходное сырье

Конечный продукт

Себестоимость конечного продукта, тыс. р/т

Среднеоптовая цена конечного продукта, тыс. р/т

Примечание

Отходы неавтоклавного

пенобетона

Песчаная фракция -1,2 мм для повторного использования

0,8-1,2

0,3-0,5

Альтернатива: захоронение на свалке по цене 1,2-1,5 тыс. р/т

Отходы автоклавного

газобетона

Пористая основа сорбентов крупностью -12+1 мм

4-5,5

9-11

-

Песчаная фракция -1 мм для ССС

20-28

25-40

-

Дробленый песок автоклавного газобетона по физико-химическим свойствам мало пригоден для повторного изготовления газобетона. Однако его можно эффективно использовать при производстве неавтоклавного пенобетона как заменитель строительного песка, обладающего некоторой активностью. Песковая фракция находит также применение в качестве компонента строительных смесей для изготовления наливных полов. Однако с экономической точки зрения приведенные выше пути утилизации песковой фракции могут обеспечить лишь свою безубыточность.

Для повышения рентабельности утилизации песковой фракции логично было бы использовать ее в качестве компонента сухих строительных смесей (ССС). Дополнительную привлекательность такому направлению придает очень светлый, практически белый цвет этой фракции. Однако прямому использованию песковой фракции в составе ССС препятствует высокая влажность этого продукта, достигающая 12?18%. Продукт с такой влажностью может применяться только в том случае, если предприятие само ведет строительные работы. При высоких затратах на сушку, изготовление ССС рядового класса с применением песковой фракции также оказывается нерентабельным. В то же время производство на их основе плиточных клеев в ценовом классе ?премиум? вполне рентабельно. Для повышения прочностных и реологических свойств ССС в песчано-цементную смесь вводят полимерные модифицирующие добавки [2, 3].

Все же экономический анализ производства из отходов газобетона щебеночного продукта и пескового продукта для ССС показывает предпочтительность повышения выхода именно щебеночного продукта. С целью увеличения его выхода были проверены различные схемы дробления исходного газобетонного лома. Установлено, что лучшим является сочетание головной тихоходной валково-зубчатой дробилки, принимающей кусок до 400 мм, и уже упоминавшихся ранее щековых дробилок с удлиненной щекой во второй стадии с замкнутым циклом дробления. Проведены испытания следующих вариантов схем цепи аппаратов при соотношении дробилок первой и второй стадий 1:2.

Вариант 1. Валково-зубчатая дробилка в открытом цикле, разгрузочный зазор 70 мм. Щековая дробилка в замкнутом цикле.

Вариант 2. Валково-зубчатая дробилка в открытом цикле, разгрузочный зазор 40 мм. Щековая дробилка в замкнутом цикле.

Вариант 3. Валково-зубчатая дробилка в замкнутом цикле, разгрузочный зазор 40 мм. Щековая дробилка в замкнутом цикле.

Испытания проводили на идентичном исходном сырье. По испытанным вариантам выход фракции -12+1 мм составил соответственно по схемам: 1- 55%, 2 ? 50% и 3 ? 43%. Таким образом, в рамках поставленной задачи вариант схемы 1 оказался предпочтительным.




В качестве классифицирующих аппаратов испытывались двухситные вибрационные зарезонансные грохоты и полугирационные с жесткой кинематикой загрузочного края деки и пружинной опорой разгрузочного края [4]. При равных площадях сит по производительности несомненное преимущество имеет вибрационный грохот. Однако, по данным полного баланса продуктов, составленного с помощью фотопланиметрического и лазерного дисперсионного анализа, образование дополнительного класса - 1 мм на полугирационном грохоте на 2?3% меньше, видимо, за счет меньшего истирания газобетона на просеивающей поверхности. Поэтому выбор типа грохота должен зависеть от заданных технико-экономических критериев эффективности конкретного производства.

Полная коммерческая переработка отходов производства ячеистого бетона предприятий Северо-Западного региона (бракованных блоков и стеновых панелей, боя и т. п.) по технологии ?Механобра? реализована в Санкт-Петербурге.

Значительно более сложной задачей является переработка отходов плотного железобетона, а также раз-рушенных строительных конструкций, содержащих металлические включения. Для этой цели необходимы дробилки, которые без повреждения механизма способны с высокой степенью сокращения перерабатывать многокомпонентные и весьма прочные материалы [5].

Созданные ОАО ?Механобр-Техника? виброщековые дробилки ВЩД* обладают требуемыми для этой задачи свойствами. Они способны дробить материалы любой прочности; благодаря динамическому приводу дробящих щек не требуют предохранительного механизма при попадании крупных кусков металла; имеют степень дробления от 8 до 15, что позволяет совместить две стадии дробления [6].

Основанием для такого выбора стала успешная многолетняя эксплуатация виброщековой дробилки с размером приемного отверстия 440 x 1200 мм в США, где карборундовые плиты толщиной 400 мм и шириной 1100 мм за один проход дробятся до 50 мм при производительности 60 т/ч. До этого отработанные огнеупорные карборундовые плиты складировались, так как ни одна из традиционных дробилок не была способна разрушать материалы такой высокой прочности.

Технологические возможности виброщековых дробилок заинтересовали японскую компанию IHI, которая приобрела виброщековую дробилку с размером приемного отверстия 130 x 300 мм. Другая японская фирма ?Sankyo Frontier? приобрела виброщековую дробилку с размером приемного отверстия 440 x 800 мм для утилизации железобетона. На рис. 1 показана конструктивная схема дробилки, а на рис. 2 ? ее установка в Японии.




Дробилка обеспечила паспортные характеристики: продукт мельче 50 мм, производительность 35 т/ч. Поскольку бетон по сравнению с природными породами является менее прочным материалом, один из вибровозбудителей с целью снижения переизмельчения и уменьшения энергозатрат был отключен. В этом случае щека с отключенным вибровозбудителем выполняет роль подвижной инерционной наковальни, совершающей синхронное противофазное движение с подвижной щекой.

Благодаря вибрационному воздействию на куски железобетона (плиты, столбы, сваи, шпалы) арматура разрушается по сварным швам и хорошо очищается от бетона (рис. 3).




Далее она поступает на компактирование и направляется на переплавку. Щебень из бетона имеет прочность, почти в два раза меньшую, чем гранитный. Это следует учитывать при планировании его дальнейшего использования. При необходимости такой щебень может быть доизмельчен до получения частиц цементной крупности. Вторичный цемент, получив вновь образованные поверхности, становится активным и может быть использован как марка 100 для нулевого цикла или как 30% добавка в цементы марки 300 или 500.

Для переработки отходов железобетона и других стройматериалов могут применяться виброщековые дробилки с производительностью до 300 т/ч (табл. 2).

Таблица 2

Показатель

Виброщековые дробилки ВШД с размером приемного отверстия, мм

80x300

130x300

440x800

440x1200

600x800 (проект)

1200x1500 (проект)

Наибольшая производительность на материале средней прочности, т/ч

1

1,5

35

50

55

300

Наибольшая крупность исходного сырья, мм*

65

110

350

350

500

1000

Крупность готового продукта, мм

15

20

45

50

70

120

Частота колебаний щек в минуту

1500

1500

1000-1500

1000

1000-1500

800-1000

Мощность привода, кВт

2x7,5

2x11

2x30

2x45

2x30

2x55

Габаритные размеры дробилки с приводом и загрузочной воронкой, мм

длина

1500

1760

2600

4000

3000

4000

ширина

1240

1370

2100

3150

2100

3700