с 01.09.2017 по 01.08.2018
Новочеркасск, Ростовская область, Россия
ГРНТИ 67.03 Инженерно-теоретические основы строительства
ГРНТИ 67.01 Общие вопросы строительства
ББК 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
Автором статьи исследованы и классифицированы параметры свойств строительных отходов, их энергетические параметры и устойчивость в системе восстановления технического состояния зданий за счет применения основных положений теории устойчивости дисперсных систем. Сформированы основные параметры, определяющие свойства дисперсной среды и дисперсной фазы, выделяющие такие группы, как: геометрические; физико-механические; химические; гидрофизические; теплофизические; оптические; аэродинамические для строительных отходов и объёмно-планировочные; конструктивные; технического состояния; климатические для системы восстановления технического состояния здания. Устойчивость строительных отходов рассматривается как результирующий критерий, характеризующий их поведение в окружающей среде, и позволяющий управлять ими с целью уменьшения их устойчивости и, в конечном счете, обеспечения экологической безопасности объектов строительства.
строительные отходы, свойства строительных отходов, энергетические параметры строительных отходов, устойчивость строительных отходов.
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. Адамян Р.Г. Анализ экологических особенностей технологии захоронения твердых отходов потребления в условиях Армении [Текст]// III Международная научно-практическая конференция «Современная школа России: вопросы модернизации» 1-4 марта 2013г. - г. Москва - С.10-14
6. Беспалов В.И., Парамонова О.Н. Классификационно-методические основы борьбы с загрязнением окружающей среды твердыми отходами потребления. Сборник научных трудов SWorld. Материалы международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2012». - Выпуск 3. Том 9. - Одесса: Куприенко, 2012 - 89 с.
7. Бакаева Н.В. К постановке задачи управления системами жизнеобеспечения города на основе концепции биосферной совместимости [Текст] / Н.В. Бакаева // Сб. мат. VII Крымской Международной научно-практической конференции «Геометрическое и компьютерное моделирование: энергосбережение, экология, дизайн» (г. Симферополь, Национальная академия природоохранного и курортного строительства, 27 сентября - 01 октября 2010 года). - 2010. - С.423-427.
8. Клименко М.Ю., Кашарина Т.П. Загрязнение территорий городской застройки валовыми выбросами в атмосферу и отходами при строительстве // Экология урбанизированных территорий. 2014. №4. С. 68-70.
9. Российский статистический ежегодник. 2015: Стат.сб. / Росстат.: М., Росстат, 2015. - С. 727.
10. Жилищное хозяйство в России. 2016: Стат. сб./ Росстат. - Ж72 M., 2016. - 63 с.
11. Беспалов В. И., Парамонова О. Н. Физическая модель процесса загрязнения окружающей среды твердыми отходами потребления // Инженерный вестник Дона, 2012, №4 (часть 1) URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p1y2012/11/.
12. Парамонова О. Н. Рассмотрение твердых отходов потребления как дисперсной системы // Инженерный вестник Дона, 2013, №3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1933/.
