Рециклинг железобетонных отходов в строительстве

Проблема утилизации отслуживших свой срок бетонных и железобетонных конструкций стоит остро во всем цивилизованном мире. Ежегодный объем железобетонного лома в странах Европейского Союза, США и Японии в 2000 году составлял более 360 млн. тонн. С каждым годом объем сносимых старых конструкций растет и как следствие проблема утилизации железобетонного лома становится из года в год все более и более актуальной.

Во многих странах, начиная с 70-х годов, ведутся исследования в области переработки бетонных и железобетонных отходов, изучения технико-экономических, социальных и экологических аспектов использования получаемых из них вторичных продуктов. В бывшем СССР внимание к этому вопросу было также привлечено на самом высоком уровне. Тогда считалось, что утилизация имеющихся отходов позволила бы вовлечь в хозяйственный оборот около 40 млн. тонн бетонного лома и около 1,2 млн. тонн металла. Однако реальных мер для решения проблемы переработки принято так и не было.

В настоящее время при сносе панельных домов, демонтаже мостов и путепроводов, реконструкции автомобильных дорог с бетонным основанием образуется значительное количество строительных отходов в виде железобетонных элементов, большая часть которых вывозится на полигоны и свалки, в том числе, несанкционированные, что отрицательно влияет на экологическую ситуацию. В то же время, железобетонные отходы строительного производства представляют собой вторичное сырье, использование которого после переработки на вторичный щебень и песчано-гравийную смесь может снизить затраты на новое строительство объектов в городе и одновременно позволяет уменьшить нагрузку на городские полигоны, а также исключить образование несанкционированных свалок.

Вторичный щебень из бетона сносимых построек оказывается значительно дешевле природного, так как энергозатраты на его производство почти в 8 раз меньше, а себестоимость бетона с таким щебнем снижается на 25 %. Таким образом, переработка железобетонного лома, создание отлаженной системы рециклинга становится перспективным высокорентабельным производством, решающим важнейшие экологическую и экономическую задачи.

На сегодняшний день старый железобетон утилизируют двумя путями: захоронение на специально отведенных полигонах и свалках; полная переработка с помощью специальной дробильной техники.

До недавнего времени единственным путем утилизации строительных отходов был первый вариант, но, по сути, это всего лишь откладывание решения проблемы на завтра. Кроме того, такой способ утилизации создает большие экологические проблемы. За рубежом проблема утилизации отходов решается системно на государственном уровне: в некоторых странах свалки строительных отходов запрещены вовсе, а в США и Канаде их размер значительно ограничен тем, что стоимость выброса отходов на свалку существенно превосходит стоимость их переработки: стоимость приема строительных отходов на полигоны колеблется от 3.5 до 7.0 долларов США за 1 кубический метр, без учета расходов на транспортировку. При этом цены на переработку строительного лома сейчас в среднем в два раза меньше, чем на захоронение.

Решить экологические и экономические проблемы, возникающие с образованием огромного количества отходов, возможно только путем организации масштабной отрасли переработки с одной стороны и внедрением технических условий по применению продуктов переработки железобетонных изделий с другой стороны. В западных странах уже сейчас доля переработки строительных отходов составляет в среднем около 50 % от их общего объема. За счет совершенствования технологий и законодательства смогли достигнуть очень высокого уровня переработки строительных отходов Дания, Нидерланды, Швеция, где в настоящее время перерабатывают более 90 % таких отходов. Во многих странах прямо в смету строительства закладывают средства на разборку и переработку сооружений после того, как они отслужат свой срок. Таким образом, фирма, которая строит, берет на себя обязательства впоследствии ликвидировать объект, а также переработать строительный мусор.

В России ежегодно образуется около 25 млн. тонн строительного мусора, более половины которого составляют кирпичные и железобетонные отходы. Темпы роста объема строительных отходов составляют 25 % в год. С внедрением программы реновации московского жилья эксперты прогнозируют скачкообразный рост объемов строительного мусора. Все это необходимо или складировать или перерабатывать. Однако полигоны по утилизации вторсырья в последнее время стали массово закрываться. Они уже не способны вместить возрастающий поток отходов строительного производства. Для вывоза мусора из больших городов требуется его перемещение на значительные расстояния, что делает его переработку весьма привлекательной альтернативой свалке.

Рост объемов сноса старых зданий и сооружений создает предпосылки и для развития такого перспективного направления бизнеса, как переработка строительных отходов для их вторичного использования (рециклинг). Именно при сносе зданий и сооружений образуются наибольшие объемы строительных отходов. К тому же в одном отвале перемешиваются совершенно разные материалы, и их сочетание может нанести непоправимый урон экологии. Это осколки бетона, смешанные с пропитанным битумом рубероидом, линолеумом на фенольных основах, трехслойными панелями с минеральной ватой, панелями из ДСП и асбоцемента, битым стеклом и многим другим.

В настоящее время направление рециклинга железобетонных изделий в России только начинает развиваться. Из остатков кирпичных и железобетонных конструкций получают высококачественный вторичный щебень различных фракций. Этот материал применяется в строительстве зданий, дорог невысоких категорий, создании инженерной инфраструктуры, работах по благоустройству территорий, возведению гидрозащитных дамб, в ограниченных случаях – при производстве бетона, сооружении и ремонте железнодорожных путей. Для переработки любых видов железобетонных, кирпичных, каменных конструкций, включая гранит и особо прочные породы камня, сепарирования включений металлоконструкций предлагаются специальные мобильные комплексы. Мобильные комплексы могут быть временно размещены практически в любом месте, а продукт их производства – вторичный щебень, высококачественный деловой материал, может быть использован также на расположенных неподалеку объектах, поскольку там, где производился снос сооружений, всегда предполагается новое строительство, а, значит, щебень будет востребован. Рециклинг строительных отходов позволяет экономить деньги на покупке и перевозке материалов для нового строительства: строительные материалы находятся на площадке и их не нужно транспортировать, доставлять из другого места, а достаточно лишь переработать.

 

 

Большой потенциальный потребитель щебня из железобетонных отходов – дорожное строительство, где он может широко применяться в основании дорожной одежды. Следует отметить, что прочность такого щебня ниже натурального гранитного материала, к тому же имеет место высокая степень водонасыщения, поэтому использовать искусственный щебень, полученный из отходов строительного производства, возможно только на автомобильных дорогах с невысоки нагрузками, таких как дворовые проезды, проселочные дороги, дороги с твердым покрытием не выше 3-й технической категории.

 

 

Одной  из основных задач направления рециклинга железобетонных отходов является улучшение качества вторичного щебня, таких как водонасыщение и прочность. Именно эти свойства определяют сферы его дальнейшего использования. Добиться требуемых характеристик возможно путем внедрения рациональных схем переработки, новых поколений оборудования и добавок, в результате чего вторичному щебню может быть обеспечена конкурентоспособность с природными материалами.

Так же важной технологической и экономической составляющей переработки отходов является процесс их дробления. В Красноярском институте железнодорожного транспорта разработали собственный метод утилизации железобетонных и других конструкций, в основе которого лежит электрогидравлический эффект дробления (ЭГЭ): вода, заполняющая микротрещины бетона, при электрическом разряде между арматурой и положительным электродом мгновенно вскипает, образующийся пар вызывает возникновение ударных сил, нагружающих бетон. В результате в бетоне образуются радиальные и осевые трещины. Под действием растягивающих напряжений происход  т откол и отслаивание бетона от металлической арматуры и дальнейшее крошение. На базе института была опробована установка для разрушения отслуживших свой срок опор контактной сети, одним из электродов которой являлась арматура самой опоры. Проведённые эксперименты показали, что затраты на разрушение одного кубометра железобетона составляют не более 50 кВтч.

Главные преимущества метода с применением ЭГЭ-эффекта заключаются в том, что бетон разрушается без образования взрывной волны, пыли и разброса осколков. Метод совершенно безопасен для людей и оборудования, находящихся в непосредственной близости, поэтому он может с успехом применяться не только на открытых строительных площадках, но и внутри производственных помещений. Но самое главное – этот метод крайне экономичен по сравнению с традиционными технологиями механического разрушения.