У пористых заполнителей есть будущее!

Начало интенсивного развития производства пористых заполнителей приходится на послевоенные 50–60-е годы. Пик строительства новых предприятий по производству этого материала в странах Западной Европы отмечен в начале 70-х, в СССР – в середине 80-х годов. А пик производства пористых заполнителей в СССР пришелся на 1989 год. В настоящее время в России пористых заполнителей выпускают около 30% от объема 89 года.

Основные причины падения производства:

• Первая. Общий кризис экономики в России в 90-х годах и связанный с ним кризис строительного производства.
• Вторая. Возросшие требования к теплозащите зданий и сооружений. В большинстве районов страны однослойные керамзитобетонные конструкции не обеспечивали новые требования к термическому сопротивлению ограждений.
• Третья. Экологические требования. Предприятия пористых заполнителей выбрасывают в атмосферу ряд вредных веществ: оксиды углерода, азота и серы. Немало выбрасывается пыли. Большинство предприятий очень плохо оснащены средствами пыле- и газоочистки, а некоторые их не имели и не имеют до сих пор.
• Четвертая. Значительная энергоемкость производства. На получение 1 м3 керамзитового гравия марки 500 (плотность зерен 800 кг/м3) расходуется 93 кг условного топлива и 23,5 кВт·ч электроэнергии. Для сравнения отметим, что на изготовление 1 м3 поризованного цементного камня (например, в пенобетоне плотностью 800 кг/м3) расходуется около 60 кг условного топлива.
• Пятая. Приватизация, переход на рыночные отношения привели к тому, что сегодня у заводов нет средств на закупку нового оборудования, цены на которое растут катастрофически. Оборудование ветшает, приходит в негодность. По данным завода Строммашина (г. Самара) за последние 15 лет по запросам предприятий изготовлено всего 5 вращающихся печей.

С 2000 г. отмечается небольшое, но стабильное увеличение выпуска керамзитового гравия.

В таблице 1 приведена структура применения пористых заполнителей в 80-х годах и сегодня. Как видно произошли существенные изменения. Уменьшилась доля заполнителей, расходуемая на изготовление ограждающих конструкций, выросла доля применения заполнителей в изготовлении несущих конструкций и теплоизоляционных засыпок.

Такова ситуация в промышленности пористых заполнителей сегодня. Каковы же перспективы ее развития и есть ли у нее будущее? Дальнейшее изложение отражает точку зрения автора и не является бесспорным.

Перспективы развития

Факторы и условия, определяющие дальнейшее развитие промышленности пористых заполнителей, можно разделить на объективные, которые не зависят от воли организаторов строительства, и субъективные, зависящие от воли, квалификации и прочих качеств участников строительного производства.

Первый фактор (объективный) – наличие мощной сырьевой базы, включающей многотоннажные отходы промышленности, в первую очередь топливосодержащие. Многочисленные эксперименты, выполненные различными исследователями, показали, что замена природного глинистого сырья на топливосодержащие отходы (золы и шлаки ТЭС, углеотходы) может снизить расход топлива на изготовление заполнителей до двух раз.
По данным ООН в мире ежегодно добывается и перемещается около 150 млрд т горных пород, из которых извлекаются продукты, необходимые для нужд человечества, в том числе около 11 млрд т сырья для изготовления строительных материалов, 3–4 млрд т каменных материалов для дорожного строительства, 3–5 млрд т твердого топлива, после сжигания которого образуется 15–25% отходов в виде зол и шлаков. В результате обогащения твердого топлива на обогатительных фабриках образуется до 20–25% топливосодержащих отходов. Из остальной части добытых горных пород в процессе обогащения на горно-обогатительных комбинатах извлекаются так называемые полезные ископаемые: железная, медная и пр. руды, которые также подвергаются переработке в доменных и мартеновских печах и других агрегатах. Эта доля необходимых человеку продуктов составляет 1–5% от добытой массы горных пород, остальное – это отходы, химический состав которых близок к среднему химическому составу земной коры. В таблице 2 приведены некоторые данные о выходе промышленных отходов в передовых странах мира.

Это шлаковая пемза, которую производят во всех регионах, где имеются крупные металлургические заводы, зольный гравий и зольный аглопоритовый гравий, глинозольный керамзит, шлакозит.

В середине 90-х годов на Тольяттинской ТЭЦ была пущена установка получения пористого заполнителя, названного разработчиками шлакозитом. Особенность технологии состоит в том, что производство шлакозита увязано в единую систему с производством электрической и тепловой энергий. Установка вмонтирована в структуру котельного цеха. Аналогичные цеха в составе топливно-энергетических комплексов строятся в странах Запада с 60-х годов прошлого века.

Мировой опыт в то же время свидетельствует о том, что переход с одного вида сырья на другой требует серьезной перестройки технологии, серьезных инвестиций. Маломощные предприятия, каковыми являются керамзитовые заводы, сделать это не в состоянии.

Второй фактор (объективный). Пористые заполнители, как и все керамические материалы, обладают высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред и долговечностью. Мировая практика имеет многочисленные примеры применения легких бетонов на пористых заполнителях в строительстве уникальных сооружений, в том числе гидротехнических, некоторые из них построены не 10–20 и даже не 100–200 лет назад, а 2000 лет назад. Это, например, гидротехнические сооружения в Анконе и Чевитавикии (Италия), построенные в начале нашей эры и эксплуатируемые по настоящее время.

Третий фактор (объективный). Технология получения пористых заполнителей чрезвычайно проста, отличается высокой механизацией, ее легко автоматизировать. На американских и западноевропейских заводах технологический процесс в смену обслуживают 1–2 человека. Оператор с помощью промышленного телевидения и компьютеров управляет не только технологическим процессом, но и производит отпуск продукции.
К сожалению, наши заводы захламлены, малопривлекательны, слабо компьютеризированы и автоматизированы. Компьютеры пока используют в основном как пишущие машинки. У предприятий, работающих по старинке, нет будущего.

Четвертый фактор (объективный). Пористые заполнители могут служить экологической нишей для захоронения особотоксичных вредных отходов, например таких, как отходы гальванических производств, содержащих гели тяжелых металлов. В Литве, на Палемонакском керамзитовом предприятии уже более 20 лет производят керамзитовый гравий из шихты, состоящей из высокопластичной глины и гальванических шламов. Практически все гальванические шламы машиностроительных заводов Вильнюса утилизируются на этом заводе. Многократные замеры подтверждали тот факт, что тяжелые металлы, введенные в алюмосиликатное стекло керамзитового гравия, не вымываются из него даже при жестких условиях испытания (при воздействии сильных кислот). Палемонакский завод имеет огромную прибыль от утилизации отходов гальваники. Предприятиям пористых заполнителей России с привлечением научной общественности необходимо шире использовать утилизационные возможности керамзита.

Пятый фактор (субъективный). Пористые заполнители имеют широкую сферу применения в строительстве и других отраслях народного хозяйства.

Ограждающие конструкции. В таблице 3 представлены параметры стен из конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов класса В3,5 с термическим сопротивлением 3,20 м2К/Вт. В зависимости от качества применяемого заполнителя можно получать стены с различными характеристиками. Если применяются заполнители со структурным фактором К = 6,0, то стены из легкого бетона класса В3,5 получаются толщиной 50 см, при применении заполнителей со структурным фактором 10,0 можно получить стеновые конструкции толщиной 40 см.

В таблице 4 приведены данные о качестве пористых заполнителей, выпускаемых на действующих предприятиях или полученных как опытно-промышленные партии. Заполнители, подобные гранулированному пеностеклу, получают на промышленных установках во Франции, Германии и Польше. Из таблицы 4 следует, что заполнители с высоким значением структурного фактора можно получать не только из боя натрий, кальций, силикатного стекла, но также из других стеклосодержащих материалов: шлаков тепловых электростанций, перлита (горной породы), а также из бентонитов.

Несущие легкобетонные конструкции.

Для конструкционных бетонов необходим пористый заполнитель с прочностью 8,0–20,0 МПа. И такой заполнитель сегодня производят. Его, например, используют буровики для закачки в скважины под большим давлением с целью расширения нефтеносного слоя, повышения дебита скважины.
Применение пористых заполнителей в других сферах народного хозяйства. Легкие конструкционные бетоны обладают высокой морозостойкостью. Многие наиболее ответственные участки дорожных покрытий в США изготовлены из керамзитожелезобетона, поскольку там принято считать, что это покрытие дольше служит без ремонта, чем покрытие из бетона на граните.

Выводы

1. Экономический кризис 90-х годов, выросшие требования к энерго- и экологической безопасности обусловили достаточно резкое снижение спроса на пористые заполнители и явились основными причинами уменьшения их выпуска, закрытия многих предприятий.
2. Наличие мощной сырьевой базы, в первую очередь, огромный выход топливосодержащих отходов промышленности (зол и шлаков ТЭС, углеотходов и пр.), долговечность и широкая сфера возможного применения в народном хозяйстве позволяют надеяться на восстановление былого производства и строительство новых предприятий пористых заполнителей.
3. Однако процветание действующих предприятий и строительство новых возможно только на принципиально новой технической и организационной основе. Предприятия должны выполнять не только материаловедческую, но и утилизационную функции. Лучше, если заводы будут входить в состав топливно-энергетического комплекса страны. Инициатива в этом направлении должна быть обоюдной как со стороны материаловедов, так и со стороны энергетиков при поддержке и контроле государства.