1 состояние вопроса на данном этапе развития цивилизации стоят проблемы экологии, энергосбережения и оптимизации системы «человек – материал – среда обитания»

1.1 Состояние и перспективы производства
материалов автоклавного твердения
Современные тенденции развития строительной отрасли определяются воз-росшими требованиями к энерго- и ресурсосбережению. В 2010 году была приня-та государственная программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года», в соответствии, с которой к 2020 году расходы тепловой энергии планируется снизить на 40 % [17]. Реализация этой программы возможна только за счет разработки и внедрения эффективных строи-тельных материалов, обладающие высокими конструктивными и эксплуатацион-ными показателями.
Одними из наиболее экономичных и распространенных в стране стеновых материалов являются автоклавные силикатные материалы. Технология автоклав-ных силикатных материалов отличается высокой экономической эффективно-стью, гибкостью технологии, экологической чистотой и перспективная в плане расширения ассортимента и повышения качества продукции [18–22]. По таким показателям, как уровень звукоизоляции, уровень радиационного фона, проч-ность, силикатные материалы превосходят другие штучные стеновые материалы [23–27].
В настоящее время в действие введены новые повышенные теплотехниче-ские требования к конструкциям наружных стен зданий и сооружений (в соответ-ствии с изменениями № 3 СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника»). Поэтому задача увеличения производства и расширения области применения стеновых ма-териалов с улучшенными теплоизоляционными характеристиками приобретают особую актуальность, в частности, автоклавного газобетона и изделий из него.
Одним из важнейших направлений развития промышленности строитель-ных материалов является снижение энергоемкости производства продукции и расширение сырьевой базы. Для реализации этих задач необходимо внедрение новых современных, энергоэффективных и ресурсосберегающих технологий про-изводства строительных материалов и широкое использование отходов промыш-ленности и местного сырья [28–37].
В условиях преимущественной ориентации современного жилищного стро-ительства на малоэтажные здания требуется увеличение объемов использования штучных каменных материалов, основная масса которых представлена керамиче-ским и силикатным кирпичом. Для этого необходимо существенное увеличение объема выпуска этих строительных материалов, дальнейшее совершенствование качества материала и технологии его производства [38–44].
Широкое распространение в строительстве получили плотные автоклавные силикатные материалы, к которым относится силикатный кирпич и плотный си-ликатный бетон и изделия из него. В общей структуре стеновых материалов про-изводство силикатного кирпича составляет порядка 23 %, занимая второе место после керамического кирпича, доля которого составляет 33 %. Способ получения искусственного камня из известково-песчаной смеси при автоклавной обработке принадлежит немецкому ученому В. Михаэлису [45]. Это послужило началом широкомасштабного производства силикатного кирпича во многих странах мира, в том числе и в России. Сейчас силикатный кирпич произ-водится более 40 странами мира, в числе которых Китай, Германия и др. На тер-ритории СНГ ведущими странами-производителями являются Украина и Бело-руссия.
Силикатный кирпич по традиционной технологии получают методом полу-сухого прессования из известково-песчаной смеси [46–48]. При этом часть квар-цевого песка с целью активизации подвергают тонкому измельчению совместно с известью с получением известково-песчаного вяжущего [49–55]. Полученный сы-рец запаривают в автоклавах в течение 9–11 ч при давлении насыщенного пара 0,8–1,0 МПа.
Однако эта технология отличается высокими энергозатратами на помол сы-рья и автоклавную обработку. Кроме этого, довольно низкие эксплуатационные показатели ограничивают использование силикатного кирпича для сооружения стен жилых зданий [56–60]. Отсюда возникает задача совершенствования производства силикатного кирпича на современном технологическом уровне, для чего необходим переход на новые технологии, способствующие повышению качества продукции [38, 61–65].
Производство силикатных материалов автоклавного твердения после распа-да СССР в результате социально-экономических преобразований конца 1980-х и начала 1990-х гг. существенно сократилось. Выпуск силикатного кирпича сокра-тился более чем в 2 раза (Рисунок 1.1). В 2008 г. объем производства силикатного кирпича составил 4,9 млрд шт. усл. кирпича против 11 млрд шт. усл. кирпича в 1990 г., в 2014 г. около 4 млрд шт. усл. кирпича, а за 2016 г. только 2,154 млрд шт. усл. кирпича, что составляет 37,5 % загрузки от производственных мощностей [59, 64, 66–70].
Производство автоклавного ячеистого бетона, после спада начала 1990-х гг., быстро восстановилось, и далее наблюдался ежегодный рост объемов его произ-водства. Это обусловлено его высокой эффективностью и спросом на рынке стро-ительных материалов. Однако динамика роста его производства в последние годы начала сокращаться, что в немалой степени обусловлено высокими энергозатра-тами на производство.

rasm

Производственные мощности действующих предприятий не загружены полностью, новые заводы не строятся. Этому есть объективные причины. Слож-ная экономическая ситуация в стране повлияла на многие отрасли производства, в том числе и на производство строительных материалов. Традиционная сырьевая база производства силикатного кирпича (кварцевый песок) истощается, а средств на разведку и ввод в эксплуатацию новых месторождений не выделяется. Есть ре-гионы, в которых месторождения кварцевых песков отсутствует, а транспорти-ровка сырья на большие расстояния приведет к существенному удорожанию про-дукции. Практически 80 % автоклавов на действующих предприятиях исчерпали свой ресурс, а заменить автоклавы многие предприятия не могут из-за недостатка средств.
Введенный в 2015 г. новый ГОСТ 379-2015 «Кирпич, камни, блоки и плиты перегородочные силикатные. Общие технические условия» [71] расширил номен-клатуру выпускаемой продукции. Однако в условиях острой конкуренции на рын-ке строительных материалов необходимо существенно расширить ассортимент выпускаемой по автоклавной технологии продукции.
Повышение конкурентоспособности продукции возможно за счет внедрения технологии, в основе которой лежит использование нового энергосберегающего сырья, в частности, глинистых пород незавершенной стадии минералообразова-ния (НСМ), месторождения которых широко распространены не только на терри-тории РФ, но и во многих государствах мира, а также в больших количествах по-падают в отвалы при добыче различных полезных ископаемых.
За счет использования подобного сырья можно получать высокопустотные силикатные кирпичи и камни по энергосберегающей технологии, существенно увеличить ассортимент выпускаемой продукции, а также расширить сырьевую базу производства.
Большую актуальность имеет использование нового сырья и для производ-ства ячеистого бетона. Из двух существующих технологий получения этого мате-риала (пенобетон и газобетон) наиболее перспективно использование этого сырья для производства газобетона, который в наибольшей степени отвечает современ-ным требованиям [72–76].
Многолетний опыт получения и использования в строительстве газобетона, как в России, так и за рубежом показал, что по эксплуатационным показателям и теплозащитным свойствам ячеистые бетоны и конструкции на их основе являются высокоэффективными [77–83]. Однако производство газобетона на основе тради-ционного сырья является энергозатратным. Использование в производстве газобе-тона энергосберегающего сырья позволит повысить его эффективность, суще-ственно расширит номенклатуру выпускаемой продукции.
Технология производства акустических материалов практически не отлича-ется от технологии получения ячеистых теплоизоляционных материалов. Следо-вательно, принципы использования энергосберегающего сырья, представленного промышленными отходами, применимы и к акустическим материалам. Основным направлением развития акустических материалов, как показывает опыт их произ-водства и применения, должен являться выпуск однослойных поризованных ма-териалов. Однако развитие их производства сдерживается из-за недостаточной изученности вопросов использования сырья на основе промышленных отходов, особенностей технологии производства и обоснованным требованиям к качеству конечной продукции [12, 84–86].
Таким образом, автоклавная технология производства строительных мате-риалов отличается высокой экономической эффективностью, гибкостью техноло-гии и экологической чистотой. В производстве автоклавных силикатных материа-лов можно использовать как природное, так и техногенное сырье. Однако на используемом в настоящее время сырье (кварцевый песок) можно получать огра-ниченную по свойствам и назначению номенклатуру изделий. Значительное рас-ширение сырьевой базы производства заключается в использовании нетрадици-онного сырья, в частности, глинистых пород НСМ, за счет чего можно выпускать по энергосберегающей технологии высокоэффективные прессованные и ячеистые изделия и существенно расширить их номенклатуру.