ВВЕДЕНИЕ
Складирование, хранение и захоронение отходов в многочисленных отвалах является крупной экономической и экологической проблемой. В связи с этим приоритетным направлением развития науки, техники и технологий в Российской Федерации сегодня является использование вторичных материальных ресурсов.
Актуальность изучения данной проблемы не вызывает сомнений, так как для многих предприятий на протяжении длительного времени основной задачей является разработка прогрессивных технологий, обеспечивающих рециклинг производственных процессов, повышение эффективности использования сырья и снижение затрат на производство. В данной работе рассмотрено стекло, как вторсырьё и применение его в строительном производстве, что позволит утилизировать стеклянные отходы и улучшению экологии, но и приведёт к увеличению ассортимента продукции.
Целью проводимого исследования является создание стеклобетона с использованием вторичного стеклянного сырья.
Гипотеза: использование стекла в изготовлении бетона поможет улучшить экономическое и эстетическое качество строительных объектов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
проанализировать использование вторсырья в строительстве;
изготовить образцы бетона с использованием стеклянной крошки различных фракций;
изучить свойства полученных образцов и возможности стеклобетона в строительстве.
Этапы проекта:
1.Теоретический (подготовительный):
-поиск информации;
-систематизация полученных данных.
2.Практический:
-выбор материалов для изготовления стеклобетона;
-изготовление стеклобетона;
-изучение свойств полученных образцов.
3.Презентация:
-защита проекта, описание работы над ходом проекта.
Для решения поставленных задач были использованы следующие методы: анализ литературы и обобщение полученных данных, сравнение и эксперимент. Литературным материалом для исследования послужили Интернет-ресурсы.
Работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы. Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, формулируются цель и задачи исследования. Первая глава посвящена исследованию теоретических вопросов, вторая – описанию проводимого эксперимента. В заключении подведены итоги и описаны выводы исследования.
ГЛАВА 1. ВТОРСЫРЬЁ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ МИРОВОЙ ПРАКТИКИ
Вторсырьё и его виды
Вторсырьё – это отходы производств, быта, продуктов жизнедеятельности человека и животных, которые пригодны для дальнейшей переработки.
К вторсырью можно отнести следующие виды отходов: макулатура, бумага, картон, стекло, металлолом, отработанное масло, битум, мазут, электробытовые приборы, пластмасса, пластик, некоторые строительные отходы (кирпичи, бетон, деревянные конструкции), резина, автомобильные покрышки, древесные отходы, биологические отходы.
В нашей работе мы акцентируем внимание на таком виде вторсырья, как стекло. Во времена СССР сдавать стеклянную тару было актуально, со временем эта тенденция утихла. Сейчас переработка стекла стала экологической необходимостью. При серьёзном подходе к сбору и переработке стеклотары можно иметь хороший стабильный доход.
Переплавка стекла сохраняет природные ресурсы, к тому же перерабатывать его можно бесконечное количество раз без потери качества.
Помимо новой стеклотары из переработанного стекла производят: стекловату, пеностекло, силикатный клей, декоративную плитку, стеклобетон. Их состав, виды и технологию производства рассмотрим ниже.
Использование вторсырья в строительстве в разных странах
В мире давно существуют примеры сооружений из вторичных материалов, которые к тому же обладают своим неповторимым стилем. Сейчас строят дома, павильоны, малые архитектурные формы из простого мусора, который мог оказаться на свалке, но обрёл вторую жизнь.
Ежегодно в мире образуется более 2,1 млрд т отходов, примерно 30-40% из них не перерабатываются экологически безопасным способом. Вредные вещества при разложении отходов попадают в грунтовые воды и реки, а свалки увеличиваются в своих масштабах, как следствие — ухудшается экология. Поэтому этот способ строительства так важен в наше время!
В России система сортировки и переработки постепенно начала выстраиваться, но процесс идёт не быстро. В стране уже изготавливают плитку из переработанных пакетов, утеплители из шин, резиновую крошку из обуви и лавочки из переработанного пластика. Следующий этап — дома из отходов.
Во многих странах уже действует политика по переработке и вторичному использованию отходов. В Германии перерабатывается 60% Твердых коммунальных отходов (ТКО), в некоторых городах Японии перерабатывается до 80% отходов, а Швеция утилизирует 99% всех бытовых отходов. И всё больше появляется примеров «экологичных зданий».
Яркий пример такого сооружения — двухэтажный павильон студии Universal Design Studio и Giles Miller. Создан он полностью из рециклированных материалов, то есть из переработанных отходов. Здание с железным каркасом и тысячами алюминиевых панелей-жалюзей. Его конструкция позволяет управлять освещением интерьера, кроме того, детали павильона впоследствии могут быть переработаны.
В нидерландском Эйндховене к Голландской неделе дизайна (DDW) построили павильон из «взятых напрокат» материалов, а также из переработанных бытовых отходов, собранных местными жителями. Фасад у него из переработанного пластика. Бетонные сваи, деревянные балки, светильники, стеклянная крыша, отопительные приборы, предметы интерьера — всё предоставили горожане. Это отличный пример того, как можно дать вещам вторую жизнь.
Есть примеры домов из вторсырья в России.
В Ростовской области в посёлке Новошахтинск Ольга Королёва за две недели построила из более чем 5 тысяч бутылок из-под шампанского одноэтажный дачный домик. В России существуют и другие примеры. Например, в Волгограде предприниматель Роман Себекин из переработанного пластика делал бытовую технику, теплицы, и даже построил для себя дом.
Нет сомнений, что в будущем технология переработки вторсырья достигнет такого уровня, при котором мы научимся безопасно использовать эти материалы везде, в том числе в строительстве.
Самой передовой страной в плане разумной утилизации считается Япония. Строительные отходы применяют не только для производства отделочных материалов, но и для создания искусственных островов. Отработанное кухонное или машинное масло преобразуют в биотопливо для автотранспорта. Из переработанных пластиковых бутылок получается прочная спортивная одежда. Старые гаджеты перебирают, и пригодные для дальнейшей эксплуатации детали отдают в производство новой электроники.
В Китае активно внедряются новаторские технологии утилизации мусора. Из переработанных отходов создают дорожные покрытия, и по своим характеристикам они нисколько не уступают асфальту.
Нельзя оставаться равнодушным к проблеме загрязнения окружающей среды. Сделать планету чистой в наших силах. Главное, каждому вносить свой посильный вклад в заботу об экологии Земли.
Общие сведения о стеклобетоне: технология производства, состав и виды, применение в строительстве
Бетон по праву считается одним из самых востребованных и популярных строительных материалов. У него есть огромное количество преимуществ, но и без недостатков не обошлось. Главный его минус – номинальная устойчивость к растяжению. Устранить указанную проблему можно при помощи стекловолокна. Если внести его в готовый раствор, бетон станет гораздо прочнее.
Как показывает практика, стеклобетон можно изготовить собственноручно. Он отличается конструктивной лёгкостью и исключительно высокими эксплуатационными характеристиками.
Что такое стеклобетон.
Если проводить сравнительную параллель между обычными и стеклосодержащими бетонами, легко выделить их высокие эксплуатационные свойства. Остановимся подробнее на преимуществах стеклобетона.
Технические свойства готового материала существенно улучшаются при внесении в состав различных пластификаторов и добавок.
Высокая прочность – материал характеризуется высокой устойчивостью на сгибание, сжатие, растягивание. Его устойчивость в 10-12 раз превышает прочность стандартного цемента.
Лёгкость. Ключевые ингредиенты состава – стекловолокно, песок и цемент с минимальной зернистостью.
Универсальность использования – стеклобетон – лучшая основа для облицовочных листов, панелей и блоков.
Очевидно, что стеклобетон, произведенный в заводских условиях гораздо качественнее и практичнее материала, изготовленного собственноручно.
Характеристики и классификация стеклобетонов.
В зависимости от ингредиентов и состава стеклобетон принято классифицировать на следующие типы:
с включением битого стекла;
с лёгкими и устойчивыми оптическим волокном;
с добавлением стеклофибры;
со стеклом жидкого типа;
с включением композитных ингредиентов;
со связующим веществом в форме стекла.
Для каждой конкретной цели используются особые составы. Выбор в пользу того или иного изделия зависит от предназначения готового изделия.
Стеклофибробетон.
Стеклофибробетон включает в себя устойчивую к воздействию щелочей стеклофибру. Речь идёт об универсальном строительном материале. Его используют в процессе производства листовых материалов, монолитных блоков. В цементный состав добавляют большое количество специализированных добавок: красители, быстрозатвердевающие пластификаторы, полимеры на основе акрила.
Преимущества современного стеклофибробетона:
конструктивная лёгкость;
механическая прочность;
инертность к разрушительному воздействию влаги;
исключительная декоративная составляющая.
В итоговый материал добавляют следующие ингредиенты: цементный раствор с мелкозернистой структурой, стекловолокно. Отличительные черты готовых изделий – исключительно высокая устойчивость на растяжение, изгиб, удары или сжатие.
Другие важные преимущества стеклофибробетона – инертность к воздействию низких температур, химическим реагентам. Приготовление бетонной смеси с включением в ее состав стекловолокна – продолжительный и трудоемкий процесс, успешность которого в значительной степени зависит от эффективности и равномерности распределения фибры в готовом составе. Ингредиенты вносят в состав уже готового замеса.
Смесь приобретает дополнительную жесткость, при этом утрачивают пластичность. Для большого слоя без специального виброуплотнения не обойтись. Что касается производства листового материала, то его производят посредством напыления.
Стеклооптикобетон.
В состав стеклооптикобетона входит несколько важных компонентов: стеклянные длинные волокна, цементная матрица, ориентированные особым образом волокна. Что касается литраконовых блоков, то в их состав включают стеклоарматуру. Для этого материала характерна определенная прозрачность.
Что касается применения в домашних условиях, его используют только в контексте декоративного отделочного материала. Что касается промышленных объектов, то значение толщины зачастую достигает 5-10 м. Характерная черта современного стеклооптикобетона – высокая стоимость.
Стекло в форме связующего ингредиента.
Перед внесением стекла в цементный состав, его тщательным образом измельчают, а затем пересеивают. Достигается это за счёт технологии грохота. Песок заменяют измельченным стеклом, размер гранул которого не превышает 0,5 см. В качестве крупного наполнителя используют частички от 0,5 см.
Порошок на основе стекла превращается в вяжущую субстанцию. При добавлении в состав готовой соды, стекло трансформируется в силикатный гель. После того, как цементный раствор окончательно затвердевает в сочетании с гелем, он трансформируется в устойчивый к кислотам состав.
Технология производства стеклобетона.
Стеклянной бой крайне проблематично утилизировать, его не разрушают микроорганизмы или внешние факторы окружающей среды. За счёт этого отходы стекла приобрели широкую популярность в строительной отрасли. Технологически замес бетона с включением стеклянных остатков не отличается сложностью. Не требуется никаких дополнительных ингредиентов, либо специализированного оборудования.
Последовательность приготовления:
Подготовительные мероприятия. На предварительном этапе происходит измельчение, сортирование и подготовку ингредиентов.
Вместо песка используют стекло с фракциями, размером до 0,5 см.
В качестве наполнителя применяют бой стекла большей фракции – от 0,5 см.
Что касается цемента, его используют только высшего качества. Среди компонентов большое распространение получили фибра и стеклобой.
На вид обычный цемент. Замешивается также с водой. Но основной компонент, из чего он состоит — стекло. В перемолотом виде оно похоже на муку. Правда, вдохнуть такое вещество опасно и даже смертельно. Поэтому с ним надо работать с особой осторожностью, соблюдая технику безопасности. Полученную смесь соединяют с оксидом кальция и перекладывают в формы. В дальнейшем формы помещаются в среду со 100%-ной влажностью. В ней полученные образцы остаются минимум на 28 суток, после этого материал становится прочным. И его исследуют – давят прессом. Учёные говорят: выдерживает всё.
Отходы стекла считаются самыми трудными для утилизации. Они наносят вред окружающей среде. Стекло практически не разлагается под воздействием солнца, снега или дождя. Стеклобетон будет полезен в строительстве, отделке и реставрации зданий, где требуются максимально прочные и долговечные материалы. Задача была — создать то, что можно использовать на заводах. Сейчас при подготовке цемента идут большие выбросы в атмосферу углекислого газа (СО2). Стеклобетон экологичнее и ниже по себестоимости, чем классический вид бетона.
Разработка красноярских учёных частично решает эту проблему. По мнению Сергея Добросмыслова (кандидат технических наук, научный сотрудник ФИЦ КНЦ СО РАН), основное преимущество стеклобетона заключается в том, что фактически можно подобрать технологический процесс под любой состав. Наряду со стеклянной пылью, одновременно можно использовать крупное стекло.
Однако пока на предприятиях есть проблемы с оборудованием, которое будет перемалывать стекло до микрона. В России уже производят для этого мельницы. Если у заводов действительно появится интерес к более экологичному производству, создание стеклобетона выйдет за пределы лабораторий и опытов учёных.
Рекомендации по применению стеклобетона.
Строительные материалы на основе стеклобетона широко применяются в нескольких областях:
дизайнерские элементы в сегменте паркового декорирования;
бордюры и декоративная тротуарная плитка;
реконструкционно-восстановительные работы в старых усадьбах, дворцах, храмах и замках;
элементы ландшафтного дизайна;
облицовочный материал для стен.
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ БЕТОНА, В СОСТАВЕ КОТОРОГО ЕСТЬ СТЕКЛО РАЗНЫХ ФРАКЦИЙ
2.1. Изготовление стеклобетона с заменой щебня на стекло различных фракций
В ходе работы для достижения цели и решения поставленных задач мы подготовили необходимые материалы и оборудование: цемент (М500), песок, щебень (фракция - до 3 см), стеклянные тары, сито для песка со сменными насадками для получения готовых кусочков стекла 3-х разных фракций, пластификатор (Glenium ACE 430), вода, электронные весы, молоток, шлифовальная машина, формы для заливания стеклобетона, защитные средства (прорезиненные перчатки, защитные очки, респиратор, одноразовый защитный комбинезон, бахилы-сапоги).
На первоначальном этапе с соблюдением правил техники безопасности нами были измельчены стеклянные тары (все действия проходили под присмотром взрослого). После этого стекло было просеяно и распределено на 3 фракции (до 0,5 см, от 0,5 до 1 см, от 1 до 2 см).
После чего было замешано 3 состава стеклобетона, каждый из которых забили в форму (10x10x10 см).
Помимо этого, была забита стеклобетонная плитка для наглядного примера. Все образцы простояли в формах 28 дней для полного затвердевания.
Для проверки прочности кубиков был использован заводской гидравлический пресс.
(фото для примера).
Стеклобетонная плитка была отполирована шлифовальной машиной для наглядности макроструктуры бетона.
(фото отполированной плитки)
2.2. Сравнение прочности полученного стеклобетона
Изучив имеющуюся информацию из различных источников, произвели сравнительный анализ полученных образцов. По результатам анализа была составлена таблица, представленная ниже.
Наименование состава |
Контрольный состав |
№2 со стеклянным щебнем |
№3 со стеклянным щебнем и песком (50/50) |
В/Ц |
0,63 |
0,51 |
0,6 |
Ц, кг |
350 |
350 |
350 |
П, кг |
780 |
780 |
430 |
П (стекло), кг |
- |
- |
435 |
Щ, кг |
1080 |
- |
425 |
Щ (песок), кг |
- |
970 |
570 |
В, кг |
220 |
180 |
211 |
Добавка, кг |
2, 26 |
2,26 |
2,26 |
Средняя прочность бетона, Мпа |
22,5 |
20,5 |
56,5 |
Фактическая плотность бетона, кг/м3 |
2198 |
2192 |
2052 |
Условные обозначения в таблице, представленной выше:
В/Ц – водоцементное соотношение;
Ц – цемент;
П – песок;
Щ – щебень;
В – вода.
В результате выше сказанного, были сделаны следующие выводы.
На составе №1 (контрольный состав) наблюдалась недостаточная пластификация. Было принято решение увеличить В/Ц отношение для достижения подвижности похожую на П4.
На составе №2 щебень был заменён на колотое стекло фракциями 5-15 мм, более крупные фракции были убраны из состава бетона. При этом по весу в переводе на 1 куб количество «щебня» было уменьшено на 110 кг, так как обладает меньшим весом, чем гранитный щебень и по консистенции бетона было выявлено, что «щебня» достаточно. В случае приближения по весу к контрольному составу могла наблюдаться за щебёночная бетонная смесь, вследствие чего: меньшая подвижность и непроформовка кубиков.
Состав №3 был экспериментом, замена инертных материалов производилась 50/50, то есть половина стеклянного щебня/ половина гранитного, половина песка речного/ половина из дроблённого стекла. Повышенное в/ц фиксировалось вследствие недостаточной пластификации.
Все составы доводились до одинаковой подвижности 18-20 см.
Прочность состава №1 не дотягивает до стандартной прочности для В25 (25Мпа минимум). Связываем это с понижением активности цемента (мешок лежал в магазине, открытый неизвестно сколько). Плотность бетона снижена, но считаем, что состав подобран верно. Так как при замешивании точно хватило на 2 контрольных кубика, следовательно, 2л замешали= 2л забили.
Прочность образца №2 снижена по сравнению с контрольным образцом, так как, произошла недостаточная сцепка цементного теста с щебнем из стекла из-за ровно гладких ребер стекловидного щебня. В данном образце применялся крупный стекловидный щебень 5-20 мм.
По прочности существенно выигрывает состав №3 за заменой инертных материалов 50/50, это связанно с тем, что при смешении 2-х различных инертных (привычных в строительной отрасли и дроблённых стёкол) происходит лучшая упаковка частиц бетонной смеси (заполнение межпустотных пространств пылеобразным стеклянным песком), чего не наблюдалось в составах №1 и №2. При этом фракции гранитного щебня 5-20 мм, стекловидного щебня 5-10 мм. В отличии состава №2, при замешивании состава №3 даже при недостаточной пластификации с помощью пластифицирующей добавки, из-за лучше упаковки частиц наблюдалась лучшая подвижность бетонной смеси, чем у предыдущих образцов (бетон мешался лучше).
Опытный образец стеклобетонной плитки был отполирован шлифовальной машиной для наглядности макроструктуры бетона.
В результате были сделаны выводы о том, что цвет, блеск и уникальность каждой плитки будут выигрышно смотреться на облицовочных поверхностях различных сооружений. Помимо эстетических качеств были проверены Физические свойства плитки, такие как:
- морозостойкость;
- ударопрочность и водонепроницаемость.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изучая виды вторсырья, способы использования в строительстве, мы пришли к выводам, что преимущество современного стеклобетона – абсолютная экологическая безопасность. Это лучшее решение для возведения несущих конструкций, наружных, а также внутренних перегородок.
Сибирские учёные предлагают заводам экономить и сохранять природу с помощью стеклобетона. В лаборатории его создают на основе отходов промышленного и бытового стекла. Оно составляет 90% смеси. По итогу стеклобетон не только дешевле и прочнее своих аналогов, но и уменьшает количество неразлагаемых отходов.
В заключении можно сказать, что цель моего исследования была достигнута, а гипотеза – нашла своё подтверждение. Использование стекла в изготовлении бетона поможет улучшить экономическое и эстетическое качество строительных объектов.
В процессе работы были решены следующие задачи:
1) проанализировано использование вторсырья в строительстве мировой практики;
2) изготовлены образцы стеклобетона с использованием стеклянной крошки различных фракций;
3) изучены свойства полученных образцов и возможности стеклобетона в строительстве.
Мы обратили внимание лишь на некоторые аспекты, касающиеся изготовления стеклобетона и его использования в строительстве, что предполагает возможность дальнейшего изучения заявленной темы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. 6 примеров переработки мусора в разных странах мира - https://welady.ru/pererabotka-musora
2. Все виды вторсырья, на которых можно заработать - https://dzen.ru/a/Ys7COuJ1qFK47gEs
3. Использование стеклобетона - https://uniqston.ru/articles/steklobeton-primenenie-i-preimushchestva/
4. Как вторсырьё используют в строительстве - https://vk.com/wall-138950_693290
5. Как страны мира избавляются от мусора: топ – 10 лучших примеров - https://lindeal.com/rating/kak-strany-mira-izbavlyayutsya-ot-musora-top-10-luchshikh-primerov
6. Красноярские учёные придумали сверхпрочный стеклобетон - https://steklosouz.ru/news/krasnoyarskie_uchenye_pridumali_sverhprochnyy_steklobeton
7. Новый строительный материал из стекла и бетона оказался дешевле и прочнее - https://ksc.krasn.ru/news/novyy_stroitelnyy_material/
8. Современные разновидности стеклобетона - https://www.сметчик.рф/en/articles/materialy-i-tehnologii-v-stroitelstve/vidy-steklobetona-ot-klassifikacii-k-harakteristikam
9. Стеклобетон: технология изготовления и области применения - https://domsolo.ru/steklobeton-tehnologiya-izgotovleniya-i-oblasti-primeneniya