2.3.3. Антропогенные образования

Антропогенные образования, в соответствии с ГОСТ 25100-95, относятся к IV классу техногенных грунтов (скальных, дисперсных и мёрзлых). Представлены отходами промышленной деятельности человека. Лидер по производству отходов – горнодобывающая промышленность, являющаяся основной сырьевой базой природных каменных материалов для стройиндустрии. Ежегодный объём отходов в этой отрасли достигает 300 млрд. т (50 т на одного человека в год). Всего же в мире, в основном в 20 столетии, накопилось 30 трлн т отходов.

С другой стороны, промышленные отходы ухудшают экологическое состояние окружающей среды. Раньше человек не задумывался о том, что делать с отходами. Он их выбрасывал на свалку, сжигал, запахивал. Ситуация изменилась в середине 20 в. – серьёзно обострилась проблема стихийных свалок и отравляющего действия ядовитых веществ, содержащихся в отходах, на окружающую среду: воздух, воду, почвы, грунты. Встал вопрос об экологичных способах утилизации (лат. utilis – полезный) отходов.

Сократить количество отходов можно путём использования их в качестве вторичного сырья. Например, отходы дробления карбонатных пород в композиции с цементными вяжущими могут применяться для строительства оснований автомобильных дорог и для получения тяжёлых бетонов соответствующих марок.

Вторичные каменные материалы (щебень, гравий, песок) из отходов горных предприятий однородны, прочны и используются для всех видов низкомарочных тяжёлых бетонов и растворов, а также в дорожных работах. Из вторичных каменных материалов можно получать щебень первого класса прочности и использовать его при строительстве автомобильных дорог.

Щебень из красного кирпича, получаемый дроблением после разборки кирпичных строений, обладает достаточной прочностью при дробимости в цилиндре, морозостойкостью и может использоваться при устройстве щебёночных оснований площадок под стоянки автомобилей, полов промышленных предприятий, гаражей, ангаров, а также для разных благоустроительных работ.

С 30-х гг. 20 в. СоюздорНИИ (ныне РосдорНИИ) проводит широкие исследования по использованию в дорожном строительстве отходов чёрной и цветной металлургии. Предпочтение отдаётся доменным шлакам, служащим сырьём для получения щебня, песка, брусчатки, бордюра, а также вяжущих. Результаты исследований В.В. Михайлова, В.Я. Шильникова, А.Я. Тулаева, Ф.С. Климашова отражены в соответствующих технических условиях, ГОСТах и иных нормативных документах.

К антропогенным образованиям следует отнести также искусственные каменные материалы, интерес к которым в России начали проявлять ещё в 1832 г. Тогда впервые в дорожной одежде было предложено использовать глиняный «кирпич-железняк, сожжённый до совершенного стеклования» (барон А.И. Дельвиг). Такой камень непреднамеренно образуется в кирпичном производстве при отклонениях в технологии и режиме обжига (при повышенных температурах, при так называемом «пережёге»¹²) и является производственным браком. При этом изделие местами вздувается и теряет первоначальную геометрическую форму, претерпевает остеклование с характерным блеском, становится цветным (коричневым, буро-фиолетовым и др.). Бракованный («сгоревший») кирпич скапливается в отвалах на кирпичных заводах.

В 1920-е гг. был создан дорожный клинкер путём преднамеренного обжига глины до полного спекания (П.А. Земятченский). Клинкер обладал достаточной прочностью, высокими морозо- и износостойкостью и предназначался, по техническим условиям 1938 г., для строительства дорог ΙΙ-ΙV классов. В 60-х гг. 20 в. был разработан керамдор, а в 80-х гг. – стеклокристаллический щебень из измельчённого стеклобоя и кварцевого песка.

Целесообразно и экономически выгодно повторное использование минеральных отвалов и отходов. В переработку идут отходы предприятий стройиндустрии, отвалы горной и угольной промышленности, шлаки чёрной металлургии и др. производств. Отходы ЖБЗ, демонтированные кирпичные и панельные строительные конструкции при сносе зданий подвергаются дроблению, извлечению металлолома и фракционированию на щебень, песок, порошок. По стоимости повторные материалы примерно вдвое дешевле, чем природные.

Прорывом в концепции повторного использования минеральных компонентов асфальтобетонных и цементобетонных дорожных одежд является переформование изношенных участков с помощью специальных комбайнов типа ремиксер (англ. remixer – повторное перемешивание).

В Башкирии, как, в целом, и в России, имеются отвалы и шламбассейны, в которых скопилось огромное количество отходов промпредприятий за много лет. Например, Мелеузовский з-д минудобрений уже накопил около 15 млн. т фосфогипса (ежегодно его производится там около 800 тыс.т). В Стерлитамаке значительные по площади территории отведены для сброса отходов содового производства в так называемые «белые» моря, шламбассейны. Местными и столичными НИИ уже предприняты успешные попытки в решении проблемы утилизации этих отходов. Однако пастообразные, жидкие отходы нестабильны по составу, часто имеют вредные компоненты, хлопотны в извлечении из шламбассейнов, энергоёмки в переработке, что переводит их в разряд экономически нецелесообразного и технически ненадёжного сырья. Неслучайно за рубежом предприятия работают в режиме «zero waste» (нулевые отходы).

Проблему утилизации твёрдых бытовых отходов предлагается решать на специальных полигонах. Сегодня эта тема представляет социально-экономический и нравственный интерес. Свалки бытового мусора и отходов различных промыслов появляются интенсивно и повсеместно. Их содержимое разлагается сначала в аэробном режиме (в присутствии кислорода). Затем режим меняется на анаэробный (при отсутствии свободного кислорода) и сопровождается выделением специфичных газов: метана СН₄, аммиака NH₃, азота N₂, углекислого газа СО₂ и др. К реакции подключаются тяжёлые металлы, нефтепродукты, фенолы, нитраты и различные токсичные вещества. Эта стадия разложения может длиться десятилетиями и не прекращается даже зимой. Свалки токсичны, взрывоопасны и являются источником заражения подземных вод. Без обоснованных мероприятий геотехнического характера свалки не пригодны для использования в качестве строительных площадок.

Метан, выделяемый на свалках, очистных сооружениях, утилизируют как топливо для получения электроэнергии и для отопления зданий. Так поступают, например, в Маниле (Филиппины), где в толщах свалок оборудованы заборные скважины глубиной до 40 м. Метан отсасывается и подаётся в виде топлива на электростанцию. В Нидерландах создана система «Экостилер», по которой метан извлекают из сточных вод на полях орошения, а биогаз аккумулируют при сжигании твёрдых бытовых отходов древесного состава. Только в Амстердаме теплом и электрическим светом со свалки обеспечивается 25 тыс. домов.