Влияние жидкого отхода переработки древесно-стружечных плит на водопотребность цементного теста

Полный текст

Приготовление бетонов на данный момент невозможно представить без применения различных добавок, которые влияют как на реологические характеристики бетонной смеси, так и на физико-механические свойства затвердевших бетонов. Перечень подобных добавок велик: противоморозные, воздухововлекающие, гидрофобизирующие, добавки ускорители и замедлители твердения, стабилизирующие, пластифицирующие и др. Одними из важнейших в этом списке являются пластифицирующие добавки, которые влияют не только на подвижность бетонной смеси и расход цемента, снижение трудозатрат при укладке, но и на качество готового, затвердевшего бетона [1‒5].

Основой для производства современных пластификаторов являются лигносульфанаты и поликарбоксилаты. Первые являются отходом при производстве целлюлозно-бумажной промышленности, а вторые получают полимеризацией различных химических соединений, содержащих карбоксильные группы (-СООН).

В то же время каждый день на мусорных площадках и свалках появляются всё новые и новые отходы мебели, мебельные щиты и просто ненужные листы древесно-стружечных плит (ДСП).

Наиболее часто используемым методом их утилизации является захоронение на открытых мусорных полигонах, где древесно-стружечные плиты разлагаются под действием внешних факторов: дождь, снег, солнечный свет, холод, при этом выделяя вредные вещества ‒ формальдегиды, являющиеся основой связующего вещества, которые, попадая в почву, отравляют её. Переработке подвергается только брак производства: использованные древесно-стружечные плиты перерабатывают путем сухого помола с последующим прессованием в брикеты и сжиганием, при котором так же как и при утилизации на полигонах, происходит выделение вредных веществ. Наиболее эффективным, на наш взгляд, является мокрый помол в шнековых мельницах (рис. 1), с предварительным сухим дроблением до размера 5,0×5,0 см [6].

 

Рис. 1. Этапы переработки ДСП: а – дробление до крупности 50 × 50 мм; б – результат помола в шнековой мельнице

Fig. 1. Stages of chipboard processing: а ‒ crushing to the size of 50 × 50 mm; b ‒ result of grinding in a screw mill

 

Но этот способ получения стружки из ДСП имеет один важный недостаток: при мокром помоле древесно-стружечные плиты необходимо выдерживать в воде, для того чтобы снизить адгезию и частично разложить смолы, связывающие опилки. При этом часть вредных веществ, содержащихся в вяжущем, переходит в воду, которая также является отходом. Принимая во внимание тот факт, что большую часть древесины составляет лигнин, который является основой таких пластификаторов, как лигносульфанаты, а формальдегид, растворенный в воде, используется при производстве поликарбоксилатов, можно предположить, что полученный при мокром помоле раствор либо является пластификатором, либо основой для их производства [7].

Для оценки пластифицирующего эффекта отхода переработки древесно-стружечных плит было выбрано три вида цемента:

• ЦЕМ 0 42,5 Вольского завода АО «ВОЛГА ЦЕМЕНТ»;
• ЦЕМ I 42,5 ООО «Сенгилеевский цементный завод»;
• ЦЕМ II/А-И 42,5Н (с известняком до 20 %) ООО «Цементум Вольск».

В качестве жидкости затворения использовалось три вида жидких отходов, полученных при переработке ДСП:

• при 3-суточной выдержке ДСП в воде;
• при 7-суточной выдержке ДСП в воде;
• при 14-суточной выдержке ДСП в воде.

При подготовке (выдержке) дробленых древесно-стружечных плит к мокрому помолу выбрано соотношение ДСП / вода – 1/4. Причем для исследований брались древесно-стружечные плиты с разной степенью эмиссии формальдегида Е1 при содержании его от 4 до 8 мг/100 г плиты и эмиссией от 0,08 до 0,124 мг/м³ воздуха, Е2 при содержании формальдегида от 8 до 20 мг/100 г плиты и эмиссией от 0,124 до 0,5 мг/м³ воздуха (ГОСТ 10632-2014 «Плиты древесно-стружечные»).

После необходимого времени выдержки проводились испытания по определению нормальной густоты цементного теста, при этом фиксировались промежуточные значения погружения пестика прибора Вика и определялось изменение его реологических характеристик для каждого из видов цемента и для жидкостей затворения, полученных из ДСП с эмиссией Е1(рис. 2‒4) и Е2 (рис. 5‒7).

 

Рис. 2. Изменение подвижности цементного теста на основе ЦЕМ II 45,2H и жидкости затворения, полученной при вымачивании ДСП с Е1 в течение 3, 7 и 14 суток

Fig. 2. Change in the Mobility of Cement Paste Based on CEM II 45,2H and Hardening Fluid Obtained by Soaking Chipboard with Ye1 for 3, 7 and 14 Days

 

Рис. 3. Изменение подвижности цементного теста на основе ЦЕМ I 45,2 и жидкости затворения, полученной при вымачивании ДСП с Е1 в течение 3, 7 и 14 суток

Fig. 3. Change in the Mobility of Cement Paste Based on CEM I 45.2 and Hardening Fluid Obtainedby Soaking Chipboard with Ye1 for 3, 7 and 14 Days

 

Рис. 4. Изменение подвижности цементного теста на основе ЦЕМ 0 45,2 и жидкости затворения, полученной при вымачивании ДСП с Е1 в течение 3, 7 и 14 суток

Fig. 4. Change in the mobility of cement based on CEM 0 45.2 and hardening fluid obtained by soaking chipboard with Ye1 for 3, 7 and 14 days

 

Рис. 5. Изменение подвижности цементного теста на основе ЦЕМ 2 45,2Н и жидкости затворения, полученной при вымачивании ДСП с Е2 в течение 3, 7 и 14 суток

Fig. 5. Change in the mobility of cement paste based on CEM 2 45,2N and hardening fluid obtained when soaking chipboard with Ye2 for 3, 7 and 14 days

 

Рис. 6. Изменение подвижности цементного теста на основе ЦЕМ 1 45,2 и жидкости затворения, полученной при вымачивании ДСП с Е2 в течение 3, 7 и 14 суток

Fig. 6. Change in the mobility of cement based on CEM 1 45.2 and hardening fluid obtained by soaking chipboard with Ye2 for 3, 7 and 14 days

 

Рис. 7. Изменение подвижности цементного теста на основе ЦЕМ 0 45,2 и жидкости затворения, полученной при вымачивании ДСП с Е2 в течение 3, 7 и 14 суток

Fig. 7. Change in the mobility of cement based on CEM 0 45.2 and hardening fluid obtained by soaking chipboard with Ye2 for 3, 7 and 14 days

 

Проводя анализ представленных выше графиков, можно сказать, что применение в качестве жидкости затворения отходов переработки ДСП мокрым помолом для цементов марки ЦЕМ II 45,2H малоэффективно, некоторый результат наблюдается только для жидкостей после выдержки древесно-стружечных плит в воде в течение 14 суток. В остальных случаях применения жидкости затворения (при выдержке 3 и 7 суток) изменения пластичности цементного теста нет. Предполагаемой причиной отсутствия эффекта может быть наличие в данном цементе добавок, нейтрализующих действие веществ, которые увеличивают пластичность цементного теста, и лишь в случае когда их концентрация в жидкости затворения возрастает, можно наблюдать небольшой ожидаемый эффект (см. рис. 2 и 5). Кроме того, стоит отметить, что при применении жидкости для затворения, полученной из ДСП с маркой эмиссии формальдегида Е2, этот эффект более заметен (см. рис. 5).

Рассматривая влияние исследуемой жидкости затворения на пластичность теста, изготовленного на цементе ЦЕМ I 45,2, необходимо отметить, что наиболее эффективными в области пластифицирующего эффекта выглядят результаты, полученные при выдержке ДСП в воде в течение 14 суток при использовании плит с маркой эмиссии Е1 (см. рис. 3), и 3, 7 и 14 суток при использовании плит с маркой эмиссии Е2 (см. рис. 6). Анализируя графики, можно предположить, что при затворении жидкостями данного вида вяжущего эффект становится заметным при достижении определенной концентрации и кривые круто идут вверх. Видимо, наличие добавок в самом цементе каким-то образом, до достижения определенной концентрации, сдерживает/нейтрализует вещества, содержащиеся в жидкости затворения, положительно влияющие на изменение пластичности цементного теста. Отсюда и резкий скачок, который виден на графиках, показывающих пластичность цементного теста.

Оценивая графики изменения пластичности теста, полученные на основе использования цемента ЦЕМ 0 45,2, можно сказать, что наилучший эффект наблюдается для жидкостей затворения: полученных из ДСП марки по эмиссии Е1, выдержанной в течение 7 и 14 суток (см. рис. 4), и полученных из ДСП марки по эмиссии Е2, выдержанной в течение 3, 7 и 14 суток (см. рис. 7). Причем наилучший эффект наблюдается для жидкости из ДСП с маркой Е2, разница в полученных результатах минимальна для всех жидкостей вне зависимости от времени выдержки. Количества жидкости затворения для достижения нормальной густоты требуется на 2‒2,5 % меньше, чем при использовании обычной воды. В то же время применение жидкости из ДСП Е1, выдержанных 7 и 14 суток, позволило снизить расход жидкости затворения на 0,5‒1,5 %.

Оценивая общий вид и поведение построенных кривых, необходимо отметить, что наибольший пластифицирующий эффект наблюдается с бездобавочным цементом, а присутствие минеральных активных добавок в цементе снижает эффективность действия предполагаемого пластификатора.

Выводы. 1. Применение жидкостей, полученных в результате вымачивания древесно-стружечных плит в качестве воды затворения, возможно и оправданно, так как при ее применении снижается количество требуемой жидкости для достижения цементным тестом нормальной густоты для всех видов цементов, хотя и в разной степени.

2. Наибольший эффект наблюдался при использовании жидкости, полученной при выдержке ДСП в течение 14 суток.
3. Необходимо:

а) провести химический или вещественный анализ данных жидкостей, чтобы более четко представлять механизм их взаимодействия с цементом;

б) оценить действие на растворы и бетоны, что позволит понять, каким образом жидкость взаимодействует с заполнителями и какой эффект будет достигнут;

в) оценить возможность модификации при минимальных затратах для усиления пластифицирующего эффекта.

Об авторах

Михаил Сергеевич Балабанов

Самарский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: bms-796@rambler.ru

старший преподаватель кафедры производства строительных материалов, изделий и конструкций

Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Александра Сергеевна Леоненко

Самарский государственный технический университет

Email: leonenko_as@mail.ru

кандидат технических наук, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций

Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Список литературы

Дополнительные файлы