Технологии ресурсосбережения в строительстве и их применение на современном этапе

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Технологии ресурсосбережения в строительстве и их применение на современном этапе

Бессонов Александр Сергеевич

студент

Аннотация

ресурсосберегающий строительство техногенный сырье

Целью написания работы является анализ существующих ресурсосберегающих технологий и возможности их применения в строительстве. Сегодня в нашей стране отмечается повышение стоимости строительных материалов, кроме того, как в России, так и за рубежом, постепенно возникает дефицит ряда ресурсов, таких, как древесина, минеральное сырье и пр. Лучшей альтернативной такому сырью может стать сырье вторичное. Было выявлено, что перспективы использования техногенного сырья в производстве строительных материалов с позиции экологии заключены в резком сокращении объемов добычи дефицитных природных строительных материалов, утилизации и осуществлении химически прочных связей огромного количества загрязняющих окружающую среду промышленных отходов, освобождении ценных земельных участков, отчуждаемых под хвосто- и шламохранилища и пр. Вторичные ресурсы находят широкое применение используются не только в промышленности строительных материалов, но и в дорожном строительстве (они служат инертными наполнителями, заменяя собой песок, скальные породы, гравийные смеси и пр.), в фундаментостроении для устройства гидротехнических плотин и пр.

Достаточный интерес являет собой использование отходов промышленности в такой материалоемкой отрасли строительства, как устройство оснований фундаментов зданий и сооружений.

Сегодня решающий фактор повышения эффективности хозяйствования и удовлетворения растущих потребностей в ресурсах - это разработка и внедрение инновационных ресурсосберегающих технологий. Это наиболее оптимальный путь развития экономики, так как инвестиции, направляемые на осуществление ресурсосберегающих мероприятий чаще всего, в несколько раз ниже инвестиций, которые необходимы, чтобы увеличить добычу, производство и доставку потребителям необходимого количества соответствующих видов сырья.

Ключевые слова: безотходная технология, золошлаковые отходы, ресурсосбережение, строительство, техногенное сырье, технологии

Abstract

RESOURCE-SAVING TECHNOLOGIES IN CONSTRUCTION AND THEIR APPLICATION AT THE PRESENT STAGE

Bessonov Aleksandr Sergeevich

Perm National Research Polytechnic University

student

The purpose of writing is to analyze the existing energy saving technologies and their application in construction. Today our country celebrates the rising cost of construction materials, in addition as in Russia, and abroad, there is gradually a shortage of a number of resources, such as timber, minerals, etc. the Best such alternative raw materials can be recycled. It was revealed that the prospects for the use of technogenic raw materials in the production of building materials from the perspective of ecology concluded in a sharp decline in production deficit of natural building materials, recycling and the implementation of the chemically strong bonds of a huge number of polluting industrial waste, freeing up valuable land alienated under tailed and sludge dump, etc. Secondary resources are widely used not only used in the industry of construction materials in road construction (they serve as an inert filler, replacing sand, rock, gravel, etc.) in Foundation engineering for the device of hydraulic dams, etc.

Sufficient interest is the use of industrial wastes in such a material the construction industry, as a device of foundations of buildings and structures.

Today is a decisive factor in increasing the efficiency of economic management and meet the increasing requirements is the development and implementation of innovative resource-saving technologies. This is the most optimal way of development of the economy, as investments for the implementation of resource-saving activities more often, several times less than the investment required to increase production, manufacture and delivery to consumers the required number of appropriate raw materials.

Keywords: construction, industrial raw materials, resource saving, technology, waste slag, waste technology

Введение

В строительной отрасли минерально-сырьевые ресурсы занимают особое место. Причина заключена в том, что строительство является одной из наиболее материалоемких отраслей хозяйства. Каждый год природная среда, в основном, литосфера, становится источником добычи тонн сырья, которое идет в переработку и направляется на строительство жилых и производственных зданий, транспортных сооружений. Именно поэтому основные причины, которые определяют необходимость разработки и внедрения в промышленность ресурсосберегающих технологий , заключены в ограниченности сырьевых ресурсов и необратимых изменениях в природной среде в процессе техногенного воздействия.

Указанные технологии активно развивают страны, обладающие высоким научно-техническим и промышленным потенциалом. Производство строительных материалов представляет собой безотходную и малоотходную технологию.

Учитывая то, что строительная индустрия представляет является достаточно ресурсоемкой отраслью, разработка технологий, направленных на использование промышленных отходов в качестве сырья для производства строительных материалов, становится важнейшей задачей развития современной экономики. Большую часть современных технологий создавали тогда, когда промышленность страны только формировалась, и у человечества отсутствовал острый дефицит природных ресурсов, а в качестве главной проблемой выступало повышение темпов наращивания объемов производства.

История развития промышленности изобилует множеством примеров, когда от интенсивного роста производства страдала не только природа, но человек: разрушалась среда обитания живых организмов, отравлялись вода и воздух.

Таким образом, создание и внедрение новых ресурсосберегающих технологий является сложной задачей, и чтобы ее решить, необходим целый комплекс интеллектуальных и финансовых затрат.

1. Основная часть

Сегодня, когда в мире нарастает экологическая напряженность, рациональное использование и эффективное сбережение природных ресурсов - важнейшая задача жизнедеятельности любого государства.

Вопросы ресурсосбережения находятся в центре исследований ряда авторов. Одними авторами осуществляется рассмотрение основных направлений внедрения ресурсосберегающих технологий с технико-технологической позиции [6,2], другими исследуется экономическая составляющая процесса ресурсосбережения [3,5,7,11]. Также достаточно проблема ресурсосбережения исследуется применительно к различным отраслям промышленности, таким, как промышленность, строительство, жилищно-коммунальное хозяйство. Однако более актуальной, на наш взгляд, является проблема не только сбережения сырьевых ресурсов, но и организация их повторного использования. Вторичные сырьевые ресурсы играют значительную роль в поддержании экологически безопасного уровня воздействия на окружающую среду, а использование их выступает необходимым условием реализации безотходных или малоотходных технологий.

Важная роль в использовании вторичных сырьевых ресурсов принадлежит строительству и промышленности строительных материалов, а также особенностям использования ими двух видов сырья - природного и техногенного (вторичного). В процессе использования природного сырья осуществляется применение строительных камней, песчано-гравийной смеси, гравия, песка, щебня и других горных пород, а также отвалов вскрышных пород, которые образуются в процессе разработки карьеров и строительных котлованов.

Необходимо отметить, что сегодня во многих районах России отсутствует природное сырье в нужном количестве, а в других запасы указанных ресурсов значительно исчерпаны. Соответственно возникает необходимость осуществлять высокие затраты на транспортировку их из других районов, а это достаточно нецелесообразно ни с экологической, ни с экономической точки зрения по причине того, что при подобных перевозках имеют место экологические нарушения. Именно поэтому, развитие техники и ухудшение в стране экологической ситуации повышает значение приобретения и использования техногенного сырья. Оно включает комплекс самых разнообразных промышленных отходов и побочных продуктов: металлургических шлаков, бокситовых и других шламов, отходов горно-обогатительных комбинатов (ГОК), золу и золошлаковые отходы ТЭС, отходов углеобогащения, вторичных полимеров, продуктов переработки древесины и пр.

Многие специалисты рассматривают техногенное сырье в качестве национального достояния, исключительно ценного продукта, аккумулирующего в себе значительный объем ранее затраченных инвестиционных и энергетических ресурсов. Специалисты-практики, использующие техногенное сырье в процессе производства строительных материалов, отмечают, что оно часто оказывается дешевле разработки и освоения природных ресурсов.

Перспективы использования техногенного сырья в производстве строительных материалов с позиции экологии заключены в:

1) резком сокращении объемов добычи дефицитных природных строительных материалов;

2) утилизации и осуществлении химически прочных связей огромного количества загрязняющих окружающую среду промышленных отходов;

3) освобождении ценных земельных участков, отчуждаемых под хвосто- и шламохранилища и пр. Так, только для хранения золошлаковых отходов ТЭС предусматриваются значительные территории [12].

Сегодня в строительстве применяется множество видом промышленных отходов и побочных продуктов. Рассмотрим примеры их использования.

Широко применяется сегодня в строительной индустрии зола и золошлаковые отходы (ЗШО). Сегодня в нашей стране ежегодно образуются десятки миллионов тонн таких отходов. В течение каждый суток деятельности ТЭС, работающих на угле, скапливается до одной тысячи тонн золы и шлака. Большая часть из них направляется в отвалы, а утилизации в строительстве подлежит только 3-5% ЗШО. Если сравнивать объемы утилизации золы и шлака в строительной индустрии США и Германии, то там показатель значительно выше: он составляет 40-60%. Так, в США из 20 млн. т ежегодно образующихся зол уноса на изготовление бетона направляется семь миллионов тонн.

Указанные отходы являются незаменимым компонентом для изготовления формовочных смесей, направляемых на получение строительных материалов высокого качества. Из них производят ячеистый бетон, силикатный кирпич, пенозолсиликат, аглопорит, асфальтовое основание дорожных одежд и т. д. Золошлаковые отходы - это отличный цементосберегающий материал. Если производители вводят золы на стадии производства бетона, это позволяет экономить до 100 кг/м3 цемента, если же используются и добавки-модификаторы, то экономия составляет до 200 кг/м3. Также при помощи указанных отходов можно улучшить структуру цементного теста и повысить теплозащитные свойства конструкций [15].

Высокоэффективным является использование в производстве разработанной ВНИИстроем безотходной технологии производства лицевого кирпича на основе зол ТЭС, позволяющей осуществить как экономию средств на строительство и эксплуатацию золоотвалов, так и снизить загрязнение окружающей среды. Л. С. Баринова и Ю. С. Волкова отмечают, что в случае замены в бетоне или растворе 15%-ного цемента золой уноса или металлургическим шлаком, что разрешено технологически, в перерасчете на мировой объем их использования количество выбросов в атмосферу диоксида углерода (СО2) может быть снижено на 300 млн. тонн ежегодно.

Также среди ресурсосберегающих технологий определенное место занимает использование металлургических шлаков - высококачественного сырье, позволяющего производить шлакопортландцементы, шлаковату, гипсошлаковые блоки, щебень и пр. В течение года металлургические заводы десятки миллионов тонн таких шлаков. В России достаточно высоким является объем утилизации доменных шлаков, из которых изготавливают шлакопортландцемент и пористые заполнители.

На современном этапе крупным и мелким заполнителем в бетонах чаще всего является создаваемые по безотходной технологии шлаковая пемза (термозит) и шлакостеклогранулят, они не уступают природному большинством: прочность бетона, произведенного на основе шлакового цемента выше, чем на гранитном на 15-20%.

Широко известным ценнейшим конструктивным материалом является шлакоситалл, который имеет высокие физико-механические, химические свойства и экологическую чистоту. В производстве портландцементного клинкера и шлакопортландцементов высокого качества большое значение имеет гранулированный доменный шлак, повышающий свойства антикоррозийности, повышенной прочности, текучести и быстроты твердения цемента.

По причине того, что в нашей стране планируется реконструкция предприятий, занимающихся отработкой ядерного топлива (ОЯТ), значительно возрос спрос на особо тяжелые бетоны для радиационной защиты. С этой целью ученые предлагают использовать бетон, имеющий в своем составе отходы и шихт металлургических производств, призванных заменить собой дорогостоящий металл. Также, блокируют фенолформальдегидные и другие загрязнители в структуре строительных материалов отработанные формовочные смеси (ОФС), которые образуются в процессе металлургического литейного передела. Формовочная глина, используемая как связующее вещество, токсичной не является, и ее можно широко применять при производстве строительных материалов.

С целью применения технологий ресурсосбережения в строительстве могут также использоваться продукты переработки древесины и других растительных отходов. Лесопромышленные комплексы и деревоперерабатывающие комбинаты нашей страны ежегодно образуют более 300 миллионов м3 отходов древесины. Также, сжигают и вывозят в отвалы огромное количество древесной тары, отходов переработки хлопчатника и прочего сырья, которое пригодно для производства строительных материалов [12].

Булгаков С.Н. считает, что важнейшее направление рационального и экологически целесообразного использования древесины в строительстве - это технологии производства различных древесных бетонов, таких, как арболит, фибролит, опилкобетон, королит и пр[4].

Наиболее известный среди них - это арболит. Он является легким, крупнопористым бетоном, состоящим из древесной дробилки, в основном для его изготовления идут отходы от лиственных пород и портландцемента марки 400. Данный строительный материал находит широкое применение в качестве стеновых блоков для строительства малоэтажных зданий. Ограждающие конструкции и перегородки строятся в основном из королита - теплоизоляционного материала, на производство которого идут кора, цемент (или строительный гипс) и добавки.

В промышленности строительных материалов широкое применение находят ценнейшему экологически чистому сырью, вырабатываемому из отходов целлюлозно-бумажного производства - лигносульфонатам, которые имеют обеспыливающие, пластифицирующие, пенообразующие и другие ценные свойства.

Также используются в строительной индустрии и отходы химического комплекса. Хотя ежегодно таких отходов на предприятиях накапливается множество, в строительной индустрии они используются недостаточно. Имеются примеры применения в строительстве электротермофосфорных шлаков (шлакопортландцемента, силикатного кирпича), отходов содового производства (автоклавного производства материалов, газогипса), кубовых остатков перегонных производств и битумов (ячеистых бетонов с добавками нефтебитума и пр.).

С позиции экологии необходимо более широко рассмотреть побочный продукт, получаемый в процессе переработки апатитовых и фосфоритовых концентратов, называемый фосфогипсом. Из него изготавливают цемент, строительные блоки, сухую штукатурку и пр. Так, в Японии в семидесятых годах прошлого века в строительной промышленности ежегодно расходовалось около 3 миллионов тонн фосфогипса. Затем, в восьмидесятых годах, было проведено исследование, результатом которого было следующее: применение фосфогипса в строительстве возможно лишь после специальной проверки его на радиоактивность. Также, в состав фосфогипса, перерабатываемого по существующей технологии, кроме радионуклидов могут также входить и фтористые соединения.

Вторичные ресурсы находят широкое применение используются не только в промышленности строительных материалов, но и в дорожном строительстве (они служат инертными наполнителями, заменяя собой песок, скальные породы, гравийные смеси и пр.), в фундаментостроении для устройства гидротехнических плотин и пр.

Достаточный интерес являет собой использование отходов промышленности в такой материалоемкой отрасли строительства, как устройство оснований фундаментов зданий и сооружений. НИИОСП, на основании своих исследований доказал, что с этой целью наиболее выгодно использование вскрышных и отвальных пород, имеющих завершенный процесс самораспада, а также доменных и сталеплавильных шлаков. В процессе устройства оснований их указанных шлаков их подвергают уплотнению, трамбованию, при этом также используется метод глубинного уплотнения при помощи мелких взрывов и пр [12].

В течение последних десятилетий в России ка к в промышленности, так и в строительстве значительно сократилось использование промышленных отходов, причина этому - общее падение уровня промышленного производства, так и отсутствие необходимого стимулирования использования вторичных ресурсов в производстве.

Как считает Шутенко Е.Е., причиной низкого уровня использования техногенного сырья в России, кроме причин, указанных выше, являются принципиально различные подходы к указанной проблеме и в экономически развитых странах, и в России. Там, например, золошлаки в указанных странах выступают как продукт (товар), а не отходы, и использование (реализацию) указанного продукта должны осуществлять его производители, то есть ТЭС. Интересным фактом является и то, что, согласно расчетам, рентабельность производства товаров-продуктов из золошлаков (бетонных смесей, многоцелевых вяжущих, песка, щебня и пр.) превышает рентабельность производства самой электроэнергии ТЭС.

Примером развития строительных технологий с использованием вторичных ресурсов могут служить страны Запада., Так, уровень утилизации рециклируемых материалов в Дани достиг 100%. В Нидерландах создали и реализовали цельную, экологически выдержанную концепцию развития строительной индустрии, основанную основана на внедрении замкнутого безотходного производства, предполагающую многократное использование техногенного сырья.

Важнейшим критерием пригодности техногенного сырья для производства строительных материалов, а также для других целей является степень экологичности, материалоемкости или отсутствие в них высокой степени токсичности и радиоактивности. Использование промышленных отходов как вторичное сырье можно только после того, как будут разработаны специальные нормативные документы по их применению. Если отходы соответствуют требованиям санитарных правил и норм радиационной безопасности, то их можно рекомендовать для практического применения [9].

Чтобы обеспечить экологическую надежность вторичных сырьевых ресурсов, осуществляют выполнение необходимых лабораторных исследований, в процессе которых осуществляется сравнение состава исходного сырья с ПДК токсичных веществ. В шкале экологической безопасности и кондиционности техногенного сырья предусмотрено, что органические канцерогенные вещества в нем полностью отсутствуют, а также имеет место непревышение ПДК бериллия, таллия, селена, хрома и ряда других экологически небезвредных соединений, к которым относится хлор, фтор, бром, сера и пр. Особая опасность будет иметь место при наличии в техногенном сырье тяжелых металлов, таких, как медь, титан, молибден, ванадий и пр.

Исследователь В. Мымрин разработал технологию, позволяющую получать различные виды высокоэффективных нетоксичных дорожно-строительных материалов, реализуемую в процессе смешивания двух-трех видов техногенного сырья, таких, как золошлаки, различные виды шлаков черной металлургии, отходы химического производства и пр. Автор технологии считает, что при реализации указанной технологии происходит связывание всех опасных элементов промышленных отходов в в нерастворимые соединения, это установили результаты испытаний в кислых, щелочных и нейтральных средах [12].

Чтобы обеспечить экологическую безопасность вторичных сырьевых ресурсов, применяемых в строительной индустрии, необходимо обязательно осуществить их радиоэкологическую оценку. Техногенное сырье, предназначенное для использования в качестве строительного материала, не должно содержать радиоактивных изотопов, к которым относится радий, торий, стронций и цезий, или иметь повышенный уровень излучения.

Необходимость этого определена тем, что у многих видов промышленных отходов имеется повышенная удельная эффективная активность радионуклидов Аэфф. Данные Центра радиационной экологии Ростовского госуниверситета свидетельствуют о том, что 5% золоотвалов Новочеркасской ГРЭС имеют Аэфф. > 370 Бк/кг, то есть они превышают нормы, установленные НРБ-96. Использование золоотвалов, имеющих повышенный уровень радиоактивности, в строительстве может осуществляться только после того, как будут проведены тщательные радиологические анализы и выбраковка золошлаков с активностью, которая превышает нормативы.

Заключение

В современных кризисных условиях решающий фактор повышения эффективности хозяйствования и удовлетворения растущих потребностей в ресурсах - это разработка и внедрение инновационных технологий. Это наиболее оптимальный путь развития экономики, так как инвестиции, направляемые на осуществление ресурсосберегающих мероприятий чаще всего, в несколько раз ниже инвестиций, которые необходимы, чтобы увеличить добычу, производство и доставку потребителям необходимого количества соответствующих видов сырья. Базой ресурсосбережения является повышение эффективности использования материальных, трудовых, природных и финансовых ресурсов, при этом снижаются совокупные затраты на производство и реализацию единицы продукции. Сейчас имеет место дефицит природных ресурсов, ухудшение экологической обстановки, и ресурсосбережение становится условием повышения эффективности деятельности отдельного предприятия, объединений предприятий, а также строительной отрасли. Соответственно, повсеместное внедрение ресурсосберегающих технологий в строительстве будет способствовать сохранению природной среды, снижению себестоимости продукции строительного производства, а также повышению ее качества.

Библиографический список

1. Андреев А.А., Васильев С.Б., Колесников Г.Н., Сюнёв В.С. Влияние новой полимерноминеральной добавки на прочность древесно-цементного материала для малоэтажного строительства//Сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции: Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2014. № 2-2 (7-2). С. 292-296.

2. Аверьянов В.К., Малоэтажное строительство. Тренды качественного энергоснабжения [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.spbenergo.com/talk/883averianov.html

3. Булгаков С.Н. Технологические инновации в инвестиционно-строительном комплексе. М.: Изд-во РААСН, 1998. 547 с.

4. Булгаков С.Н. Энергоэффективные строительные системы и технологии // Промышленное и гражданское строительство. 1999. № 11. С. 20-23.

5. Булгаков С.Н., Виноградов А.И., Леонтьев В.В. Энергоэкономичные ширококорпусные жилые дома XXI века: монография. М.: АСВ, 2006. 296 с.

6. Бельских И.Е. К вопросу o национальной безопасности в сфере жилищно-коммунального хозяйства: роль общественного контроля и эффективного взаимодействия с федеральными органами власти // Национальные интересы: приоритеты и безопасность. 2013. № 25. С. 2-6.

7. Герасимов Ю.Ю., Соколов А.П., Сюнёв В.С., Суханов Ю.В. Апробация системы поддержки принятия решений по использованию древесины в биоэнергетике: технико-экономическое обоснование//Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. 2012. Т. 1. № 8 (129). С. 90-94.

8. Голованова Л.А. Направления реализации энергосбережения по этапам жизненного цикла здания // Новые идеи нового века. 2006: материалы VI Международ. научно-практической конференции. Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2006. С. 153-157.

9. Гилязидинова Н.В., Рыжих Н.И., Ресурсосберегающие технологии при строительстве и эксплуатации [Электронный ресурс]. Режим доступа:http://sciencebsea.narod.ru/2009/mashin_2009_2/giljaziinova_resurs.htm

10. Зайцева М.И., Никонова Ю.В. Возможности использования отходов как компонента строительных материалов в республике Карелия//В сборнике: деревянное малоэтажное домостроение: экономика, архитектура и ресурсосберегающие технологии: Сборник статей по материалам международной научно-практической конференции. Петрозаводский государственный университет. Петрозаводск, 2013. С. 30-36.

11. Зайцева М.И., Робонен Е.В., Чернобровкина Н.П., Колесников Г.Н. Утилизация отходов переработки хвои сосны обыкновенной//В сборнике: Деревянное малоэтажное домостроение: экономика, архитектура и ресурсосберегающие технологии/Сборник статей по материалам международной научно-практической конференции. Петрозаводский государственный университет. Петрозаводск, 2013. С. 25-30.

12. Колесников Н.Г. Методика оценки социально-экономического эффекта от внедрения импортозамещающих технологий в регионе//Математическое моделирование. 2002. Т. 14. № 9. С. 31-33.

13. Колесников Н.Г. Оценка социально-экономической эффективности субсидирования производства на периферийных территориях//Актуальные вопросы экономических наук. 2014. № 36. С. 50-56.

14. Селиверстов А.А., Соколов А.П., Сюнёв В.С., Герасимов Ю.Ю. Влияние лесозаготовительных систем на качество круглых лесоматериалов//Resources and Technology. -2012. -Т. 9. № 2. -С. 094-105

15. Шутенко Е.Е. Проблемы ресурсосбережения в современном строительном комплексе // Современные наукоемкие технологии (приложение к журналу). 2008. № 2. С. 71-73.

Размещено на Allbest.ru