EXPANSION OF RESOURCES BASED BUILDING MATERIALS DUE TO SLUDGE PVC

Головин В.О.¹, Копкин Е.Г.², Сучков В.П.³

¹ Магистрант, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет в г. Нижний Новгород

² Магистрант, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет в г. Нижний Новгород

³ Доктор технических наук, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет в г. Нижний Новгород

РАСШИРЕНИЕ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ЗА СЧЕТ ШЛАМОВ ПВХ

Аннотация

Цель данной работы - определение технологических свойств шламов производства ПВХ, анализ возможности использования их в строительных материалах в качестве компонентов для формовочных смесей на основе гипса. Использование отходов крайне актуально с точки зрения организации производства, так как позволяет существенно снизить затраты на сырьевые материалы и частично решить проблему утилизации. Это также выгодно выделяет предприятие в вопросе защиты окружающей среды.

Включение шлама в состав формовочной смеси для производства строительных материалов (в частности гипсовых плит-перегородок) позволяет существенно снизить расход вяжущего вещества. При этом изделия полностью удовлетворяют требованиям ГОСТ 6428-83. «Плиты гипсовые для перегородок. Технические условия». Использование шламов производства ПВХ безопасно для здоровья человека и для окружающей среды.

Ключевые слова: отходы, переработка, шлам, ПВХ, гипс, экономия.

Golovin V.O.¹; Kopkin E.G.²; Suchkov V.P.³

¹Undergraduate, Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering

²Undergraduate, Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering

³PhD in Engineering, Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering

EXPANSION OF RESOURCES BASED BUILDING MATERIALS DUE TO SLUDGE PVC

Abstract

The purpose of this work - the definition of the technological properties of PVC sludge production, analysis of the possibility of their use in the building materials as components for molding compounds based on gypsum. The use of waste is extremely important from the point of view of the organization of production, as it can significantly reduce the cost of raw materials and partially solve the problem of disposal. This also is what sets the company in environmental issues.

The inclusion in the slurry of the moldable mixture to produce building materials (in particular gypsum boards, walls) can significantly reduce the flow of binder. This product fully meet the requirements of GOST 6428-83. "Gypsum boards for partitions. Technical conditions. " Using the sludge production of PVC is safe for human health and the environment.

Keywords: waste, recycling, sludge, PVC, plaster, savings.

 

Введение

Значительное количество технологий по производству инновационных материалов сопровождается образованием значительного количества отходов (шламов). К этому, например, относится производство ПВХ и материалов на его основе. Наиболее энергоёмким направлением использования отходов является строительная индустрия, в частности производство строительных материалов. Использование отходов позволяет минимизировать затраты на утилизацию, улучшить среду обитания человека, сократить расходы минерального природного сырья. Наши исследования возможности использования шламов ПВХ для производства строительных изделий. В качестве вяжущего применяется гипсовое, как имеющее короткие сроки схватывания. Это позволяет сократить время производство изделий, увеличить производительность предприятия. С этой целью определены технологические свойства шламов, которые приведены ниже. В качестве шламов исследованы след виды шламов: шлам установки электролиза и шлам ПВХ.

1. Определение нормальной густоты смеси шламов и гипсового вяжущего.

Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 23789-79«Вяжущие гипсовые. Методы испытаний».

 Результаты определения нормальной густоты гипсового теста приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Определение нормальной густоты

Номер опыта	Гипс, г.	Вода, мл.	В/Г	Расплыв,мм
1	400	240	0,600	290
2	400	180	0,450	135
3	400	200	0,50	190
4	400	188	0,470	173
5	400	195	0,487	182

Нормальная густота гипсового теста составила 48,7%

Определение нормальной густоты смеси из гипсового вяжущего и шламов.

Таблица 2 – определение нормальной густоты смеси гипса и шлама установки электролиза

Номер опыта	Гипс, г.	Шлам,г.	Вода,мл.	В/Т	Расплыв, мм.
1	200	200	200	0,500	125
2	200	200	220	0,550	190
3	200	200	215	0,537	177

Нормальная густота составила 53,7%

Таблица 3 - определение нормальной густоты смеси гипса и шлама установки ПВХ.

Номер опыта	Гипс, г.	Шлам,г.	Вода,мл.	В/Т	Расплыв, мм.
1	200	200	200	0,500	125
2	200	200	260	0,650	155
3	200	200	290	0,725	180

Нормальная густота составила 72,5%

2. Определение сроков схватывания смеси шламов и гипсового вяжущего.

Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 23789-79 «Вяжущие гипсовые. Методы испытаний».

Результаты определения сроков схватывания приведены в таблице 4.

Таблица 4 – сроки схватывания смесей

	Гипс	Гипс и шлам элек.	Гипс и шлам ПВХ
Начало схватывания	12 мин 30 сек	4 мин 30 сек	10 мин 20 сек
Конец схватывания	17 мин 15 сек	6 мин	17 мин

Введение шлама установки электролиза сокращает сроки схватывания смеси примерно в 3 раза.

Введение шлама ПВХ в формовочную смесь приводит к сокращению начала схватывания, при неизменном окончании схватывания.

3. Определение прочности образцов – кубиков из смеси шлама и гипсового вяжущего.

Для проведения испытаний были изготовлены образцы-кубики с ребром 20,7 мм, они были испытаны через 6 часов естественного хранения и после полного высыхания. В таблице 5 приведены средние значения испытаний 3-х образцов.

Таблица 5 – прочность образцов

Номер образца	Прочность, МПа
	Гипс /6ч./	Гипс /сух./	Гипс и шлам эл./6ч./	Гипс и шлам элек. /сух./		Гипс и шлам ПВХ /6ч./	Гипс и шлам ПВХ /сух./
1	5,79	5,54	0,51		0,68	1,08	1,14
2	6,11	7,66	0,46		0,59	1,01	1,16
3	6,42	9,81	0,41		0,5	0,92	1,17
Среднее значение	6,1	7,67	0,46		0,59	1,0	1,16

4. Подготовка формовочных смесей.

В исследованиях использованы два вида подготовки формовочных смесей:

1. Применение шламов с заводской влажностью.
2. Высушенных и измельченных шламов.

С этой целью шламы, отобранные на производстве, оформлены актом отбора проб, герметично упакованы и доставлены в лабораторию.

В связи с изменчивостью влажности шламов, изменением их агрегатного состояния в процессе хранения, их использование непосредственно после фильтр-пресса не позволяет получить формовочную смесь стабильного состава с заданным режимом формования.

По этой причине возникла необходимость усреднения свойств шламов, а именно их предварительной сушки до постоянной массы при температуре 60-80⁰С с последующим измельчением в шаровой мельнице и просеиванием до полного прохода через сито 0,63 мм.

5. Методика и результаты испытаний образцов.

Результаты испытаний на прочность образцов – балочек из смесей со шламами на основе гипса приведены ниже.

Балочки размером 160х40х40мм изготовлены из смесей со шламами ПВХ и установки электролиза на основе гипса. После заполнения формы были провибрированы на виброплатформе в течение 10-15 с. Время вибрации установлено экспериментально, исходя из условий получения образцом однородной структуры и контролировалось по началу водоотделения.

Испытания образцов на основе гипсового вяжущего проводились в соответствии с ГОСТ 23789 – 79. «Вяжущие гипсовые. Методы испытаний.»

Образцы со шламом установки электролиза на основе гипсового вяжущего вибрированию на виброплатформе не подвергались, так как введение шлама в состав смеси ускоряет ее схватывание.

Таблица 6 –  Прочность образцов на основе гипса в возрасте 1 суток.

Шлам уст.электролиза, % от гипса			Шлам ПВХ, % от гипса
	Rизг.,МПа	Rсж.,МПа		Rизг.,МПа	Rсж.,МПа
10%	2,78	6,44	10%	2,70	7,04
30%	0,99	1,76	30%	1,45	3,40
50%	0,49	0,88	50%	1,18	2,52

Таблица 7 – Прочность образцов на основе гипса после полного высыхания.

Шлам уст.электролиза			Шлам ПВХ
№обр.	Rизг.,МПа	Rсж.,МПа	№обр.	Rизг.,МПа	Rсж.,МПа
10% шлама от массы гипса
1	6,68	14,92	1	6,73	14,96
2	3,78	15,04	2	6,54	14,48
3	5,09	13,04	3	-	14,88
4	-	12,96	4	-	15,88
30% шлама от массы гипса
1	1,26	2,80	1	3,23	7,22
2	1,10	2,48	2	3,55	7,60
3	-	2,40	3	-	7,36
4	-	2,32	4	-	6,56
50% шлама от массы гипса
1	0,67	1,12	1	2,30	5,64
2	0,64	1,08	2	2,19	5,40
3	-	0,96	3	-	5,40
4	-	1,08	4	-	4,88

Полученные результаты соответствуют требованиям для изделий гипсовых плит-перегородок, что послужило основанием для разработки проекта ТУ и изготовления контрольного изделия.

6. Изготовление опытного образца изделия, соответствующего требованиям технических условий и рекомендованного к внедрению.

С целью практической реализации выполненных исследований в лабораторных условиях изготовлен образец изделия, рекомендованного к внедрению. С этой целью подобран состав формовочной смеси для изготовления фрагмента плиты для устройства межкомнатных перегородок.

Таблица 8 – рекомендованные составы смесей на основе гипсового вяжущего с использованием шлама ПВХ

Компонент смеси	Содержание в смеси, г. (%)
Гипс	1000	1000	1000
Шлам	100(10)	300(30)	500(50)
Вода	530(48)	715(55)	865(58)

Содержание шлама дано в процентах от массы вяжущего, содержание воды – в процентах от массы твердого вещества.

Заключение:

1. Результаты исследований свидетельствуют о возможности использования шлама химической очистки сточных вод ПВХ в качестве сырья для производства строительных материалов.
2. Формовочные смеси на основе шлама от химической очистки сточных вод ПВХ рекомендуется готовить с использованием в качестве вяжущего гипс, что позволяет получить смесь с максимально возможным содержанием шлама.
3. С позиции максимального использования шлама, снижения энергозатрат при реализации технологии производства и расхода вяжущего рекомендован способ виброформования изделий.
4. На основании исследований и комплекса экспериментальных испытаний разработано техническое условие на производство плит для устройства перегородок на основе шлама от химической очистки сточных вод ПВХ.
5. Разработанные нормативные документы и результаты экспериментальных исследований являются базой для проектирования технологической линии под конкретного Заказчика.

 

Список литературы / References

1. ГОСТ 23789-79. Вяжущие гипсовые. Методы испытаний

Список литературы на английском языке / References in English

1. GOST 23789-79. Vjazhushhie gipsovye. Metody ispytanij [Gypsum binders. Test methods]