Строительные материалы

Стройматериалы из отходов

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

На основе отходов, получаемых в процессе очистки каменноугольных смол (фусов), возможно приготовление материалов для защитных покрытий бетонных, железобетонных и металлических изделий. Такие составы получают при растворении фусов в уайт-спирите и других растворителях с добавлением поливинилхлоридной смолы и последующем отстаивании в течение получаса.

Рекомендованы следующие составы защитных покрытий (% по массе): фусы — 30—70, растворитель — 30—65; фусы — 30—70, поли-винилхлоридная смола — 3—5; растворитель — 22—65.

Разработанные покрытия обладают хорошей адгезией к бетону и металлу, устойчивой гидрофобностью, высокой прочностью и водостойкостью. Стоимость покрытий, по сравнению с существующими (например, на основе каменноугольного пека), меньше на 10—20%, а время полного высыхания сокращается в 2 раза. Сплошность защитного покрытия на основе фусов достигается при 3-слойном нанесении состава, а покрытий на основе пека — при 6-слойном.

Кубовые остатки ректификации сырого бензола можно использовать в качестве компонента органического связующего на основе фурфу-ролацетонового мономера (мономер ФА), что увеличивает относительное удлинение образцов при разрыве при практически неизменной прочности на растяжение. Оптимальное количество добавки кубовых остатков составляет примерно 50% от массы мономера ФА. На основе совмещенного связующего установлены оптимальные составы по-лимербетона (% по массе): щебень — 40—42; песок — 30—32; минеральная мука— 15,3—16,5; мономер ФА— 6—12; кубовые остатки — 3—4; отвердитель (бензосульфокислота) — 1,5—2,7.

Бетоны на основе кубовых остатков характеризуются такими физико-механическими свойствами: плотность — 1800—1820 кг/м3; предел прочности, МПа, при сжатии — 67,7—68,2, изгибе — 19,2—21,2, растяжении — 7—7,1; модуль упругости — 19 300—19 500 МПа; теплопроводность — 0,732—0,754 Вт/(м • °С); удельная теплоемкость — 0,607—0,614 кДж/(кг • °С). Полимербетоны обладают коррозионной устойчивостью в растворах серной и соляной кислот, а также в сернокислотном травильном растворе, содержащем 20—22% серной кислоты при температуре 95 °С. Их можно применять для изготовления травильных емкостей, резервуаров для цехов ректификации коксохимических заводов.

Коксохимические заводы выбрасывают в отвалы в больших количествах и кислую смолку, получаемую при переработке сырого бензола. По химическому составу она представляет собой смесь смолистых веществ (продуктов окисления на воздухе непредельных углеводородов), способных полимеризоваться при 120—140 °С. Содержание в кислой смолке свободной серной кислоты составляет 10—30%, бензольных углеводородов — 25—40, полимеров — 40—60%.

Исследования показали, что кислая смолка является хорошим ин-тенсификатором помола цемента. В частности, тонкость помола шла-копортландцемента при введении интенсификатора помола данного вида повышается до 20%.

При твердении цементного камня в воде и в воздушно-влажных условиях добавки оптимальных количеств кислой смолки (0,5—1%) могут быть рекомендованы как активизатор твердения цемента в ранние сроки. Прочность цементного камня увеличивается через 7 сут на 18—37%, в 28-суточном возрасте значения прочности приближаются к контрольным показателям или превышают их на 8—10%.

Кислая смолка — активная вспучивающая добавка, так как содержит не менее 50% углеродистого вещества, ее можно использовать в производстве керамзита. Экспериментальная проверка показала, что ввод 1—3% кислой смолки в керамзитовую массу позволяет получать керамзитовый гравий плотностью 250—450 кг/м3 (табл. 4.8). Возможно использовать кислую смолку вместо солярового масла.

Из кислой смолки после ее нейтрализации возможно изготовление дорожных дегтей. Свойства нейтрализованной смолки близки к свойствам дорожного каменноугольного дегтя марок Д-4—Д-6. Эффективно введение в нейтрализованную смолку 15—25% жидкого битума. Бетон на таком вяжущем обладает прочностью при 50 °С 1,5— 1,6 МПа, 20 °С — 3,5—4; коэффициентами теплостойкости 2,25—2,45 и водостойкости 0,82—0,83.

В производстве дорожно-строительных материалов применяют также побочные продукты пиролиза нефтяных фракций — смолы, Пиролиз жидких углеводородных (нефтяных) фракций производят с целью получения низших олефиновых углеводородов — этилена, пропилена и т. д. Состав и свойства смол зависят от вида сырья и технологического режима пиролиза. Так, при пиролизе нефтяного газа, бензиновой фракции, керосина получают смолистую жидкость темного цвета, кипящую при температурах 200—360 °С вязкостью 0,5— 2 Па • °С при 20 °С. Эта смола содержит до 95% ароматических углеводородов, в том числе стирола, индена и дициклопентадиена в сумме 30—50%. Некоторую часть смол пиролиза перерабатывают вместе с нефтью для увеличения выхода бензина, часть используют для производства инден-кумароновых и нефтеполимерных смол, часть применяют в качестве тяжелого котельного топлива.

При полимеризации смол пиролиза получают нефтеполимерные смолы. Они имеют температуру размягчения от 50 до 100 °С, плотность 0,86—0,90 г/см3 при 20 °С и почти полностью растворимы в бензоле.

При пластификации нефтеполимерных смол экстрактами селективной очистки масляных фракций или другими пластификаторами получают вяжущие для дорожного строительства, в том числе для цветных полимербетонов. С этой целью пластификатор нагревают до 70—80 °С и загружают в подготовительный котел, куда подают неф-теполимерную смолу, измельченную до кусков не более 200 мм. Для полного растворения смолы температуру в котле поддерживают в пределах 120—130 °С при циркуляции массы. Рабочий котел оборудован мешалкой для дополнительного перемешивания вяжущего. Здесь поддерживают температуру 110—130 °С.

Технологический процесс приготовления полимербетонных смесей аналогичен приготовлению асфальтобетонных. Температура готовой смеси должна быть 120—150 °С. После уплотнения материал имеет следующие характеристики: предел прочности при сжатии — 2,5— 4 МПа при 20 °С, 0,85—1,5 МПа при 50 °С и 6,0-8,0 МПа при 0 °С, коэффициент водостойкости — 0,92—1,0, набухание — 0—0,4%, во-донасыщение — 0,3—0,4%. Нефтеполимерные смолы светлого цвета позволяют получать цветные полимербетонные смеси.

Из отходов нефтеперерабатывающей промышленности для производства строительных материалов интерес представляют кислые гудроны, которые образуются при сернокислотной очистке масел, парафинов, керосино-газойлевых фракций от ароматических углеводородов.

Состав кислых гудронов весьма разнообразен. Гудроны, образующиеся при очистке смазочных масел серной кислотой, содержат 32— 49% H2S04, 49—60% органической массы и 2—8% воды. При очистке парафинов серной кислотой в кислых гудронах преобладает H2S04 (78—85%), содержание органической массы не превышает 8—16%, такие гудроны воды практически не содержат.

Предложен способ получения дорожных битумов из гудронов сернокислотной очистки масел. Этот способ, однако не получил развития из-за содержания в кислом гудроне больших количеств серной кислоты и низкого качества выделяемого вяжущего.

После слива кислого гудрона в пруды-отстойники его вязкость значительно возрастает, он становится почти твердым, обводняется, а часть серной кислоты вымывается дождями и снегом.

Основной способ утилизации кислого гудрона заключается в нейтрализации серной кислоты известью с последующим удалением воды. Однако нейтрализованный гудрон не отличается удовлетворительными свойствами как вяжущий материал. Его используют как компонент дорожного битума, но не улучшающий качество, а скорее, как добавку, позволяющую увеличить выход битума.

Одним из возможных способов утилизации кислого гудрона является добавка его при обжиге цементного клинкера во вращающихся печах. Известковые породы, входящие в состав сырьевой смеси, реагируют с избыточной серной кислотой, в то время как другие нефте-содержащие компоненты сгорают, выделяя полезную тепловую энергию. Практическая реализация данного способа требует разработки специальных мер экологического характера.

Кислые гудроны можно использовать в качестве топлива (как компонент мазута), а также как сырье для получения олифы.

Кислый гудрон опробован также как добавка в глиномассу для производства керамзита. Расход добавки составил 1—2% от массы шихты. При введении добавки насыпная плотность керамзита снижалась на одну марку.

Остатки от регенерации отработанных смазочных масел могут быть использованы в дорожном строительстве в качестве разжижающей добавки для вязких битумов; после термоокислення как пластифицирующей добавки.

При добавлении остатка от регенерации в количестве 5—10% к битуму с глубиной проникания иглы (пенетрацией) 6—9 мм получают битум с пенетрацией 9—13 мм, а при введении до 15% остатка — 20—30 мм, который может быть использован для производства теплого асфальтобетона.

Окисление остатка от регенерации масел можно производить на обычных установках для переработки гудрона в битум.

Отработанные масла и другие нефтеотходы используются как добавка, способствующая вспучиванию глин при обжиге керамзита, для смазки форм в производстве железобетонных изделий и др.