from 01.09.2017 to 01.08.2018
Novocherkassk, Rostov-on-Don, Russian Federation
GRNTI 67.03 Инженерно-теоретические основы строительства
GRNTI 67.01 Общие вопросы строительства
BBK 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
The authors studied and classified some parameters of construction waste properties, construction waste energy parameters and their stability in the building technical state recovery system by means of the application of basic tenets of the theory of disperse systems. Key parameters determining the properties of a dispersion medium and dispersed phase were formed; such groups as geometric, physical and mechanical, chemical, hydrophysical, thermophysical, optical, aerodynamic (for construction waste) and space-planning, structural, technical state, climate (for the building technical state recovery system) were distinguished. Construction waste stability is considered as a resulting criterion, characterizing its behavior in the environment and making it possible to manage waste in order to decrease their stability and, eventually, providing ecological safety of construction projects.
construction waste, construction waste properties, energy parameters of construction waste, construction waste stability, destruction of construction waste as a disperse system.
В период с 2010 по 2014 год в Российской Федерации образовалось 74,1 млн. т строительных отходов, из которых всего 48,3 млн. т подверглось переработке и обезвреживанию [9]. При этом наблюдается негативная динамика образования аварийного жилого фонда, нуждающегося в капитальном ремонте (реконструкции). В 1990 году площадь такого жилья составляла 3,3 млн. м2, а на период 2015 года эта цифра выросла до 19,62 млн. м2 [10].
Анализируя проектно-сметную документацию, можно сделать вывод о том, что понятие использования строительных отходов чаще всего включает в себя алгоритм способа их удаления (складирования) с целью их дальнейшей перевозки на полигоны ТБО и утилизации, что отражено в таблице 1.
Таблица 1 – Способы снижения негативного воздействия от строительных отходов
|
Наименование строительных отходов |
Место образования отходов |
Способ использования строительных отходов |
Способ удаления строительных отходов |
|
Лом бетона |
Кладка стен и перегородок |
Складируется на площадке с твёрдым покрытием |
– |
|
Бой строительного кирпича |
Раствор цементный кладочный, ц/п стяжка |
Складируется на площадке с твёрдым покрытием |
Полигон ТБО |
|
Древесные отходы |
Отделочные работы |
– |
Полигон ТБО, топливный ресурс |
|
Лом штукатурки |
Фундаментные блоки, перегородки из пенобетонных блоков |
Складируется на площадке с твёрдым покрытием |
Полигон ТБО |
|
Отходы кварцевого песка |
Подготовка траншей под фундамент для дорожных покрытий и площадок |
Складируется на площадке с твёрдым покрытием |
Полигон ТБО |
|
Отходы цементного раствора, цемента |
Демонтажные работы |
Складируется на площадке с твёрдым покрытием |
Полигон ТБО |
|
Мусор от бытовых помещений |
Изготовление конструкций |
– |
Полигон ТБО |
|
Щебень строительный, лом и крошка камня |
Отходы трубопроводов |
Складируется на площадке с твёрдым покрытием |
Полигон ТБО |
|
Отходы керамических изделий |
Строительные работы |
Складируется на площадке с твёрдым покрытием |
Полигон ТБО |
|
Отходы асфальтобетон |
Строительные работы |
Складируется на площадке с твёрдым покрытием |
Полигон ТБО |
|
Отходы битума |
Устройство покрытия отмосток |
– |
Полигон ТБО |
|
Отходы труб из полимерных материалов |
Сварочные работы |
– |
Полигон ТБО |
|
Лом черных металлов |
Монтаж систем водопровода и канализации |
Складируется на площадке с твёрдым покрытием |
На лицензированное предприятие по переработке черных металлов |
|
Отходы электродов сварочных |
Жизнедеятельность |
– |
На лицензированное предприятие по переработке черных металлов |
Большинство исследований сегодня предлагают рассматривать любое загрязняющее вещество как дисперсную систему. Такой подход реализует теорию дисперсных систем, базирующуюся на классических положениях коллоидной и физической химии. Основные классификационные признаки дисперсных систем для строительных отходов представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Строительные отходы согласно классификационным признакам дисперсных систем
|
Классификационный признак дисперсной системы |
Характеристика строительных отходов согласно признаку |
|
Фракция, мм |
0,016-1000 |
|
Степень дисперсности |
грубодисперсные, полидисперсные |
|
Характер взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной среды |
лиофобное |
|
Характер взаимодействия частиц дисперсной фазы |
свободнодисперсное |
|
Характер взаимодействия частиц дисперсионной среды |
свободнодисперсное |
|
Агрегатное состояние дисперсной фазы и дисперсионной среды |
Твёрдое/газообразное |
Опираясь на данные предыдущих исследований, в соответствии с теорией дисперсных систем, строительные отходы представляют собой полидисперсную систему, состоящую из нескольких твердых дисперсных фаз (отдельные фракции строительных отходов) и газообразной дисперсионной среды (воздушные прослойки между фракциями строительных отходов) [11,12].
Процессы, определяющие свойства и состояние строительных отходов, не могут рассматриваться обособленно друг от друга. Общность природы этих процессов подчеркивает тесную взаимосвязь между ними. Это влияние зависит от ряда факторов: свойств дисперсной фазы (д.ф.) и дисперсионной среды (д.с.) строительных отходов, характеристик окружающей среды. Произведя анализ процессов, происходящих в дисперсной системе строительные отходы сгруппированы параметры, представленные в таблице 3.
В результате рассмотрения параметров, определяющих свойства дисперсной фазы и дисперсной среды, совокупность параметров, определяющих свойства строительных отходов, в общем виде можно представить, как функциональную зависимость между группами параметров фазовых составляющих строительных отходов:
PPсw=f1((PPd.f.),( PPd.s.))=f1 (f1-1 (Gd.f., FMd.f., Chd.f., Hyd.f., Thd.f., Оd.f., Аed.f.),
f1-2 (Gd.s., FMd.s., Chd.s., Hyd.s., Thd.s., Оd.s., Аed.s.)), (1)
где PPсw, PPd.f., PPd.s. – совокупность параметров, определяющих свойства строительных отходов, их дисперсных фаз и дисперсных сред в системе восстановления технического состояния здания.
Анализируя процессы, происходящие в строительных конструкциях зданий при восстановительных работах, можно выделить следующие параметры дисперсной фазы и дисперсной среды, представленные в таблице 4.
Таблица 3 – Основные параметры, определяющие свойства дисперсной фазы и дисперсионной среды строительных отходов
|
Группа параметров |
Наименование параметра, определяющего свойства дисперсной фазы |
Наименование параметра, определяющего свойства дисперсной среды |
|
Геометрических (Gd.f.), (Gd.s.) |
толщина, высота, ширина, длина и площадь обломка строительного отхода; размер фракции, площадь поперечного сечения, объём д. ф. и др. |
объем д. с. |
|
Физико-механические (FMd.f.),(FMd.s.) |
масса, плотность, прочность, твёрдость, упругость, пластичность, масса д. ф. и др. |
плотность д. с., масса молекул д. с. (газа) и др. |
|
Химические (Chd.f., Chd.s.) |
химической и коррозийной стойкостью, растворимостью д. ф., адгезией, кристаллизацией и т.д. |
агрессивность д. с., химический состав д. с. и др. |
|
Гидрофизические (Hyd.f., Hyd.s.) |
влажность д. ф., гигроскопичность, капиллярное высасывание, водопоглощение д. ф. и пр. |
влажность д. с. |
|
Теплофизические (Thd.f., Thd.s.) |
теплопроводность, удельная теплоёмкость, огнестойкость, огнеупорность, тепловое расширение, аккумулирование тепла, температура частиц д. ф. и др. |
температура частиц д. с., теплопроводность д.с. и др. |
|
Оптические (Od.f., Od.s.) |
светопропускание д. ф., прозрачность, коэффициент поглощения и др. |
светопропускание д. с. |
|
Аэродинамическими (Aed.f., Aed.s.) |
плотность, инертность и вязкость воздуха; шероховатость материала, скорость седиментации дисперсной фазы и пр. |
динамическая (кинематическая) вязкость д. с. и др. |
Таблица 4 – Основные параметры среды строительных отходов, определяющие свойства д. ф. и д. с.
|
Группа параметров |
Наименование параметра, определяющего свойства дисперсной фазы |
Наименование параметра, определяющего свойства дисперсной среды |
|
Геометрические (GSd.f.), (GSd.s.) |
толщина, высота, ширина, длина и площадь элемента; площадь поперечного сечения, объём д. ф. и др. |
объем д. с. |
|
Объемно-планировочные (VPd.f.), (VPd.s.) |
форма в плане, длинна, ширина и высота здания, расстояние между отдельными объёмами д. ф. и др. |
|
|
Конструктивные (Кd.f., Кd.s.) |
схема и элементы остова здания; ограждающие конструкции; тип перегородок, покрытия и перекрытия; заполнения проемов (оконных и дверных); кровля; тип дисперсной фазы и др. |
|
|
Техническое состояние (ТSd.f., ТSd.s.) |
поврежденность дисперсной фазы, надежность, долговечность (время проведения капитального ремонта, время наступления аварийного состояния) и пр. |
|
|
Климатические (КPd.f., КPd.s.) |
средняя температура воздуха, ветровой и снеговой район, нормативная глубина промерзания и пр. |
средняя температура частиц д. с. |
Таким образом, при определении основных свойств дисперсной среды и дисперсной фазы установлены параметры фазовых элементов, которые раскрывают характеристики системы восстановления технического состояния здания (СВТСЗ) с точки зрения теории дисперсных систем и выражаются в формуле:
PPbrs=f1((PPPd.f.),(PPPd.f.))=f1 (f1-1 (GSd.f., VPd.f., Кd.f., ТSd.f., КPd.f.),
f1-2 (GSd.s., VPd.s., Кd.s., ТSd.s., КPd.s.)), (2)
где PPbrs, PPPd.f., PPPd.s. – совокупность параметров, определяющих параметры среды, её дисперсных фаз и дисперсных сред в системе восстановления технического состояния здания.
Такое обобщение параметров позволяет в процессе развития теоретических основ экологической безопасности строительства дополнять каждую группу параметров д.ф. и д.с. новыми характеристиками и производить целенаправленную, последовательную оценку всех сторон динамики образования, накопления, распространения и разрушения строительных отходов [8,9].
Согласно работам ряда исследователей, устойчивость является результирующей характеристикой, определяющей поведение и существование загрязняющего вещества (строительных отходов) как дисперсной системы, т.е. параметром его «жизнеспособности» [11,12]. Чем более устойчива система, тем медленнее изменяются ее параметры и наоборот.
Приобретение, распределение и расход энергии строительных отходов количественно характеризуется энергетическими параметрами (Wсw) дисперсной фазы (Wd.f.) и дисперсной среды (Wd.s.) строительных отходов, что предполагает возможность перераспределения отдельных её видов, отражающих особенности существования строительных отходов. Обладая определенным запасом суммарной свободной энергии (энергии активации), строительные отходы проявляют в окружающей среде особенности своего поведения, что, в конечном счете, сказывается на их устойчивости: Wсw ~ Uсw. Отсюда следует, что устойчивость строительных отходов (Uсw) является результирующей характеристикой, определяющей способность строительных отходов сопротивляться внешним воздействиям, что происходит при изменении энергии строительных отходов (Wсw), которая в свою очередь зависит от параметров свойств строительных отходов (PPсw), образующихся в среде, образованной системой восстановления технического состояния здания (PPbrs).
По результатам исследования можно сделать следующие выводы:
- Определены основные виды строительных отходов, образующихся при восстановлении зданий и сооружений.
- Установлены классификационные признаки и соответствующие характеристики строительных отходов с точки зрения их повторного использования.
- По результатам анализа процессов, протекающих в строительных отходах, нами предложены группы параметров их свойств (формулы 1, 2).
- Описаны параметры, определяющие состояние строительных отходов в качестве дисперсной фазы и дисперсной среды.
- Установлены факторы, определяющие устойчивость строительных отходов и системы восстановления технического состояния здания как дисперсных сред.
Таким образом, рассматривая строительные отходы с позиции теории устойчивости дисперсных систем, можно выявить, что основные пути решения проблемы уменьшения их поступления в окружающую среду заключается в разрушении их как дисперсной системы за счет полной потери устойчивости. На основании проведенных исследований, установлены параметры свойств строительных отходов, что позволяет управлять их поведением и, в конечном счете, снизить загрязнение окружающей среды.
1. Geoffrey Hamer. Solid waste treatment and disposal: effects on public health and environmental safety [article]// Biotechnology Advances, Volume 22, Issues 1- December 2003, Pages 71-79.
2. Rajeev Pratap Singh, Pooja Singh, Ademir S.F. Araujo, M. Hakimi Ibrahim, Othman Sulaiman. Management of urban solid waste: Vermicomposting a sustainable option [article]// Resources, Conservation and Recycling, Volume 55, Issue 7, May 2011, Pages 719-729.
3. Forbes R. McDougall, Peter R. White, Marina Franke, Peter Hindle. Integrated Solid Waste Management: A Life Cycle Inventory [text]// 2008.
4. Alexis M. Troschinetz, James R. Mihelcic. Sustainable recycling of municipal solid waste in developing countries [article]// Waste Management, Volume 29, Issue 2, February 2009, Pages 915-923. 5.
5. Adamyan R.G. Analiz ehkologicheskih osobennostej tekhnologii zahoroneniya tverdyh othodov potrebleniya v usloviyah Armenii [Tekst]// III Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferenciya «Sovremennaya shkola Rossii: voprosy modernizacii» 1-4 marta 2013g. - g. Moskva - S.10-14
6. Bespalov V.I., Paramonova O.N. Klassifikacionno-metodicheskie osnovy bor'by s zagryazneniem okruzhayushchej sredy tverdymi othodami potrebleniya. Sbornik nauchnyh trudov SWorld. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Nauchnye issledovaniya i ih prakticheskoe primenenie. Sovremennoe sostoyanie i puti razvitiya 2012». - Vypusk 3. Tom 9. - Odessa: Kuprienko, 2012 - 89 s.
7. Bakaeva N.V. K postanovke zadachi upravleniya sistemami zhizneobespecheniya goroda na osnove koncepcii biosfernoj sovmestimosti [Tekst] / N.V. Bakaeva // Sb. mat. VII Krymskoj Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Geometricheskoe i komp'yuternoe modelirovanie: ehnergosberezhenie, ehkologiya, dizajn» (g. Simferopol', Nacional'naya akademiya prirodoohrannogo i kurortnogo stroitel'stva, 27 sentyabrya - 01 oktyabrya 2010 goda). - 2010. - S.423-427.
8. Klimenko M.YU., Kasharina T.P. Zagryaznenie territorij gorodskoj zastrojki valovymi vybrosami v atmosferu i othodami pri stroitel'stve // EHkologiya urbanizirovannyh territorij. 2014. №4. S. 68-70.
9. Rossijskij statisticheskij ezhegodnik. 2015: Stat.sb. / Rosstat.: M., Rosstat, 2015. - S. 727.
10. ZHilishchnoe hozyajstvo v Rossii. 2016: Stat. sb./ Rosstat. - ZH72 M., 2016. - 63 s.
11. Bespalov V. I., Paramonova O. N. Fizicheskaya model' processa zagryazneniya okruzhayushchej sredy tverdymi othodami potrebleniya // Inzhenernyj vestnik Dona, 2012, №4 (chast' 1) URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/11/.
12. Paramonova O. N. Rassmotrenie tverdyh othodov potrebleniya kak dispersnoj sistemy // Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1933/.
