ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Производство безобжиговых минерально-шлаковых вяжущих и бетонов на их основе.

Рекомендуемая область пременения

Производство безобжиговых минерально-шлаковых вяжущих истроительных материалов изделий и конструкций на их основе. Полученные материалы изделия и конструкции могут найти широкое применение в жилищном, промышленном, дорожном, энергетическом и других областях строительства.

Назначение, цели и задачи проекта

Целью проекта является создание производства безобжиговых малощелочных композиционных вяжущих и строительных материалов из шлаков и высокодисперсных горных пород.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В настоящее время для производства строительных материалов изделий и конструкции, а так же мелкоштучных элементов (стеновых и перегородочных блоков, тротуарной плитки, дорожного и бордюрного камня) в большинстве своём низкомарочных (марка бетона  М50-М300) используются энергоёмкие обжиговые вяжущие на основе портландцемента извести и гипса. Это в конечном итоге приводит к удорожанию производимой продукции и ухудшению экологической обстановки, как в регионах, так и в целом в Российской Федерации из-за огромных тепловых, пылевых и газовых выбросов в окружающую среду при их производстве путём помола и обжига сырьевой шихты.

Известно так же что для производства вышеуказанных материалов кроме портландцемента, извести и гипса дополнительно добывается из природной среды по специальным энергоёмким и трудоёмким технологиям  огромное количество песка, гравия, щебня и др., что значительно повышает стоимость конечной строительной продукции, например 1 м² жилой площади. В то же время в РФ в регионах имеются в большом количестве мало востребованные в настоящее время глины, суглинки, малопрочные известняки, опоки, доломиты, песчано-гравийные смеси, карьерные пески с высоким содержанием глинистых компонентов. Без специального обогащения такие сырьевые материалы нельзя применять ни в обжиговой технологии, ни в технологиях с применением портландцемента, гипса и извести. Кроме природных сырьевых материалов на территории Российской Федерации, накопилось огромное количество отходов в виде зол, шлаков, отсевов камня дробления, тонкомолотых горных пород в производстве металлургии, энергетике, цветных металлов, драгоценных камней и т.д. Проведенные работы показали, что все указанные негостированные, не кондиционные компоненты можно эффективно использовать в сырьевых активизированных смесях с мелкоизмельчёнными шлаками для получения по определенным схемам и процессам  высокоэффективных безобжиговых, дешевых вяжущих гидратационного твердения.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Из результатов многочисленных исследований установлено, вяжущее формируется из отходов горных пород (60-80%) при добавлении к ним 20% шлака и всего 1-3% активизатора твердения. Получение новых материалов можно осуществлять по следующим трём схемам:

1) отход + отход + химическая активация = вяжущее

2) отход + отход + термохимическая активация = вяжущее

3) отход + отход + катализатор = вяжущее

Технологическая схема производства строительных материалов с использованием минерально-шлаковых вяжущих приведена на рис.1.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Все виды строительства в настоящее время нуждаются в потреб­лении относительно дешевых и в то же время качественных и долго­вечных материалов. Промышленность строительных материалов яв­ляется отраслью, для которой вопросы ресурсосбережения и энерго­сбережения особенно актуальны. Доля затрат на сырье и энергию в себестоимости годовой продукции составляет 30-40%. Особенно ве­лики затраты на каждую дополнительно произведенную тонну сырья. В этих условиях привлечение в качестве сырья для произ­водства строительных материалов многотоннажных промышленных отходов может принести значительный экономический эффект.

Практика использования отходов однозначно свидетельствует о высокой экономической эффективнос­ти производства строительных материалов с использованием отхо­дов. Сырьевые материалы из отходов в 2-3 раза де­шевле, чем специально изготовленное сырье. Расход топлива при использовании отдельных видов отходов снижается на 10-40%, а удельные капитальные вложения - на 30-45%. Экономический эф­фект, получаемый от утилизации отходов в производстве строитель­ных материалов, складывается из многих факторов, специфических для того или иного вида отходов.

Основным компонентом глиношлакового вяжущего и изделий на его основе являются металлургические шлаки, глины и щелоче-содержащие отходы или товарные щелочные компоненты.

По данным отделов снабжения и сбыта металлур­гических комбинатов, стоимость одной тонны молотого гранулированного шлака составляет ~ 430 рублей.

Кроме того, возможно использование отходов химического производства в качестве активизатора твердения. Стоимость активизатора составляет 8000-12000 руб. за 1 тонну. Стоимость глины местных месторождений в среднем составляет 50-100 руб. за тонну.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Стоимость конечных изделий снижается в 2-4 раза при использовании безобжиговых минерально-шлаковых вяжущих, а так же отсевов камня дробления и отходов в качестве наполнителей и заполнителей сырьевой шихты.

Основные показатели экономии:

– Снижение затрт на обжиг от 52 до 100 %;

– Снижение затрат на дробление и измельчение на 28–75 %;

– Снижением расхода шлака – ценного активизатора твердения целого ряда горных пород – в 2–4 раза;

– Снижение расходов щелочных активизаторов твердения до 1–3 % в минерально-шлаковых вяжущих, вместо традиционно используемых 8–12 % в шлако-щелочных вяжущих;

Новые потребительские свойства продукции

– Отказ от использования дорогостоящего обжигового портландцемента, извести и гипса.
– Композиционные материалы на основе минеральношлаковых вяжущих сравнимы с цементными бетонами средних марок М200-300, и не уступают им по показателям прочности при сжатии, изгибе, морозостойкости, коррозионной стойкости, деформативности, теплопроводности, истираемости и термостойкости.
– Повышенная огнеупорность до 1230 – 1320?С. Нетермостойкие по своей природе материалы на основе спрессованных шлаков и глины при оптимальном соотношении между компонентами повышают свою термостойкость в 2-3 раза.
– Возможность организации производства на основе местных материалов и техногенных отходов в регионах, не имеющих природных ресурсов для производства портландцемента.
– Высокие показатели полученных бетонов по водостойкости (0,7–0,9), морозостойкости (F150, F200) дают основания для их применения в производстве строительных материалов, эксплуатирующихся в условиях попеременного замораживания-оттаивания.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Физико-механические характеристики безобжиговых малощелочных минерально-шлаковых вяжущих и бетонов на их основе различных составов.
1. Сроки схватывания – 1-20?21-15 час, мин
2. Плотность бетонов - 600-2500 кг/м3
3. Прочность при осевом сжатии - 5,0-180,0 МПа
4. Прочность при осевом растяжении - 1,0-18,0 МПа
5. Соотношение Rв/ Rвt, n - 6-12 б/р
6. Предельная сжимаемость - (150-350)10-5 мм/м
7. Предельная растяжимость - (10?40) 10-5 мм/м
8. Модуль деформации - (3-50) 103 МПа
9. Коэффициент Пуассона - 0,12-0,45 б/р
10. Трещиностойкость по методу кольца - 3-300 сутки
11. Усадка МШВ - 2,14-7,25 мм/м
12. Усадка мелкозернистых бетонов - ,8-4,2 мм/м
13. Усадка тяжелого и легкого бетонов - 0,60-1,02 мм/м
14. Ползучесть тяжелого и легкого бетона - 1,41-1,90 мм/м
15. Условный критический коэффициент интенсивности напряжений - 0,77-2,69 МПа 0,5 м
16. Коэффициент водостойкости - 0,75-0,92 б/р
17. Морозостойкость - 100?500 циклов
18. Сцепление арматуры с бетоном - 7,84-8,68 МПа
19. Коррозионная стойкость в щелочах - 0,85-0,97б/р
20. Термостойкость (количество водных теплосмен) - 10-70 циклы
Основные характеристики виброуплотненных бетонов.
КШВ
1. Прочность призменная при сжатии – 18,20 МПа
2. Предельные деформации при сжатии – 1,40 мм/м
3. Прочность при осевом растяжении – 1,70 МПа
4. Соотношение призменной прочности на сжатие и растяжение - 10,7
5. Предельные деформации при растяжении – 0,32 мм/м
6. Модуль упругости на уровне 0,2Rпр - 25800 МПа
7. Прочность при сжатии – 19,4 МПа
8. Плотность - 2320 кг/м3
9. Водопоглощение – 14,2 %
10. Морозостойкость - 150 циклов
ГШВ-К
1. Прочность призменная при сжатии – 16,420 МПа
2.. Предельные деформации при сжатии – 1,70 мм/м
3. Прочность при осевом растяжении – 1,20 МПа
4. Соотношение призменной прочности на сжатие и растяжение – 16,40
5. Предельные деформации при растяжении – 0,12 мм/м
6. Модуль упругости на уровне 0,2Rпр - 10200 МПа
7. Прочность при сжатии – 17,2 МПа
8. Плотность - 1650 кг/м3
9. Водопоглощение – 17,4 %
10. Морозостойкость – более 200 циклов
ГлШВ
1. Прочность призменная при сжатии – 28,60 МПа
2. Предельные деформации при сжатии – 2,99 мм/м
3. Прочность при осевом растяжении – 1,40 МПа
4. Соотношение призменной прочности на сжатие и растяжение – 35,75
5. Предельные деформации при растяжении – 0,16 мм/м
6. Модуль упругости на уровне 0,2Rпр - 31200 МПа
7. Прочность при сжатии – 32,3 МПа
8. Плотность - 2500 кг/м3
9. Водопоглощение – 3,5 %
10. Морозостойкость – более 200 циклов
ГрШВ
1. Прочность призменная при сжатии – 22,70 МПа
2.. Предельные деформации при сжатии – 1,17 мм/м
3. Прочность при осевом растяжении – 1,80 МПа
4. Соотношение призменной прочности на сжатие и растяжение – 12,61
5. Предельные деформации при растяжении – 0,08 мм/м
6. Модуль упругости на уровне 0,2Rпр - 32600 МПа
7. Прочность при сжатии – 38,8 МПа
8. Плотность - 2450 кг/м3
9. Водопоглощение – 8,3 %
10. Морозостойкость – более 200 циклов
Примечание: состав КШВ – известняковый щебень фракции 10-20мм; ГШВ-К– керамзитовый гравий фракции 10-20мм; ГлШВ–доломитовый щебень фракции 10-20мм; ГрШВ– дробленый отсев ПГС фракции 10-20мм.

Стадия и уровень разработки

Разработаны и внедрены подробнейшие технологические схемы производства минеральношлаковых вяжущих и материалов на их основе. Разработаны оптимальные технические параметры производства строительных материалов, изделий и конструкций на основе местных материалов и техногенных отходов.

Предлагаемые инвестиции

20 млн. руб.

Рынки сбыта

Жилищное, промышленное, энергетическое, дорожное и др. виды строительства с использованием широкой номенклатуры мелкоштучных элементов высокого качества из отходов промышленности и местных материалов.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемые в проекте строительные материалы не имеют аналогов на мировом рынке.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

12

Дата поступления материала

08.08.2007